Guia 5 viscosidad y tension superficial

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PRÁCTICA Nº 5
VISCOSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL


Calcular la viscosidad absoluta de diversos fluidos de manera experimental y
comparar, los valores obtenidos, con los valores bibliográficos.
Medir la tensión superficial de diferentes líquidos mediante el método del ascenso
capilar.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS




Determinar la viscosidad absoluta de dos aceites multigrados mediante la relación
que existe entre el tiempo empleado por una esfera en recorrer una cierta distancia
al ser introducida en el fluido (Método de Stokes).
Comparar valores experimentales de viscosidad, con los aportados por bibliografía
para evaluar el error porcentual.
Determinar la tensión superficial de tres líquidos diferentes mediante el método del
ascenso capilar.
Determinar la viscosidad absoluta de dos solventes orgánicos tomando como líquido
de referencia el agua mediante el uso del viscosímetro de Ostwald.
2. FUNDAMENTO TEORICO
2.1. VISCOSIDAD
De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en el
estudio del flujo de los fluidos. La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir
cuando se la aplica una fuerza externa: El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente
la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir
deformaciones internas. La melaza es un fluido muy viscoso en comparación con el agua.
La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Las
moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven
con una velocidad global menor, y viceversa, estos choques permiten transportar cantidad
de movimiento de una región de fluido a otra.
Los fluidos presentan diferentes propiedades que los distinguen, como la viscosidad,
densidad, peso específico, volumen específico, presión, etc. Al analizar las distintas
propiedades que poseen los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración para el
estudio de estos materiales; su naturaleza y características, así como las dimensiones y
factores de conversión.
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Ecuación de Stokes
Todo fluido tiene una viscosidad específica bajo ciertas condiciones cuando se mueve
alrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fluido, se produce una
fuerza de arrastre (Fa) sobre este. Si el cuerpo en estudio es una esfera, está fuerza de
arrastre viene dada por la expresión según la ley de Stokes: Fa  6    r  v
Donde  es la viscosidad absoluta del fluido; r esa el radio de la esfera; v la velocidad de la
esfera con respecto al fluido.
Relación de Hagen - Poiseuille
En 1844 Hagen – Poiseuille realizaron un trabajo en relación al flujo de líquidos a través de
tubos y propusieron una ecuación para determinar la viscosidad de los líquidos. Esta
ecuación es llamada la ecuación de Poiseuille
(1)
Donde 𝞰 es el coeficiente de viscosidad, t es el tiempo de flujo del fluido, V es el volumen
del líquido, P es la presión hidrostática, y L es la distancia recorrida por el líquido durante el
tiempo t. En honor de Hagen - Poiseuille la unidad de la viscosidad es denominada Poise.
La unidad de la viscosidad en el Sistema internacional de unidades SI es kg/m s (Pascal
segundo Pa s)
Viscosidad absoluta o dinámica
Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de
distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un fluido y uno de los planos se
traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado
viscosidad dinámica; coeficiente de viscosidad
La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa
s) o también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro
segundo (kg/m s): Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseuille (Pl) en
Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P) descrita a
continuación:
El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de
dina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo
el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad
dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad.
Sistema de Unidades
S.I. : N s / m2 = Kg / m s = Pa s
C.G.S.: g /cm s = Poise
S.B.G.: slug / ft seg
S.I.I. : lb seg / ft2
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La relación entre el pascal segundo y el centipoise es:
1Pa s = 1 N s/m2 = 1 kg/(m s) = 103 cP
1cP = 10-3 Pa s
Viscosidad cinemática
Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de
viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS
correspondiente es el stoke (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el
centistoke (cSt), 10-2 stokes, que es el submúltiplo más utilizado.
Stokes
Símbolo “St”; Es una unidad de la viscosidad cinemática de un fluido que tenga una
viscosidad dinámica de 1 poise, y una densidad de 1 gramo por centímetro cúbico.
1m2/s = 106 cSt
1cSt = 10-6 m2/s

 



ALGUNOS DE LOS MEDIDORES DE VISCOSIDAD CONOCIDOS
Viscosímetro
Es un instrumento para medir la viscosidad de un fluido
La viscosidad puede ser medida usando un viscosímetro. Los diferentes tipos de
viscosímetro son los siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Viscosímetro de Tubo capilar
Viscosímetro Saybolt
Viscosímetro de Ostwald
Viscosímetro Rotacional
Viscosímetro de caída libre de una esfera
Viscosímetro Vibracional
Viscosímetro de burbuja
Viscosímetro de tubo capilar
Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como
tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo con una velocidad constante el
sistema pierde energía, ocasionando una caída de presión. La magnitud de la caída de
presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación:
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
( p1  p2)D2
32vL
El viscosímetro Saybolt:
La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una
indicación de su viscosidad , este es el principio por el cual está basado el viscosímetro
universal.
La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se establece el flujo se mide el
tiempo requerido para colectar 60 ml. de fluido. El tiempo resultante se reporta como la
velocidad del fluido en segundos universales de Saybolt. La expresión aproximada entre
viscosidad y segundos Saybolt es:
  0.002t 
1.80
t
 se expresa en stokes y t en segundos. Luego se puede calcular la viscosidad
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Viscosímetro de Ostwald- Cannon-Fenske:
En esencia el viscosímetro es un tubo “U” una de sus ramas es un tubo capilar fino
conectado a un deposito superior. El tubo se mantiene en posición vertical y se coloca una
cantidad conocida del fluido él depósito para que luego fluya por gravedad a través de un
capilar. Los procedimientos exactos para llevar a cabo estas pruebas estándar dado en los
estándares de la American Society For Testing and Materials ASTM.
En un viscosímetro Ostwald la distancia recorrida por el líquido, L, siempre será constante;
el radio, r será también constante; y por el procedimiento el volumen de líquido, V será
siempre constante. Por lo tanto la ecuación de Hagen Poiseuille
puede ser simplificada de la siguiente forma:
Donde K es una constante
La presión hidrostática P es proporcional a la densidad del fluido que es estudiado. En la
experiencia con el viscosímetro Ostwald mediremos la masa de volúmenes de líquido
iguales de modo que la viscosidad será proporcional a las masas medidas. Por lo tanto
tendremos la relación:
Donde K y t fueron definidas antes y m es la masa del líquido.
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Para encontrar la viscosidad de los líquidos es importante calibrar el viscosímetro usando un
líquido de referencia. El agua es el líquido de referencia más usado. La viscosidad del agua
a 30 °C es 0.8007 centipoise (cP). Conociendo los valores para el líquido de referencia y con
la anterior fórmula, obtenemos:
Dónde: ηr es la viscosidad del líquido de referencia (agua), mr es la masa del líquido de
referencia, y tr es el tiempo de flujo del líquido de referencia. Note que K se anula. Las otras
variables son la viscosidad, masa y el tiempo de flujo del líquido en estudio respectivamente.
Con el viscosímetro de Ostwald podemos medir el tiempo de flujo de un líquido (la masa se
puede medir usando procedimientos estándar de laboratorio como por ejemplo con una
balanza o determinando la densidad y el volumen) y determinar su viscosidad resolviendo la
ecuación para η.
Que se puede expresar en función de las densidades como:
5𝑙i𝑞 =
5𝑟𝑒ƒ 𝜌𝑙i𝑞 𝑡𝑙i𝑞
𝜌𝑟𝑒ƒ 𝑡𝑟𝑒ƒ
Viscosímetro de cilindro concéntrico
Por medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a un cilindro interno
concéntrico estacionario se determina du/dy al medir el momento de torsión sobre el cilindro
estacionario es posible calcular el esfuerzo cortante. El cociente entre el esfuerzo cortante y
el cambio de velocidad expresa la viscosidad.
Si la velocidad de rotación es N rpm y el radio es r2 , la velocidad del fluido en la superficie
del cilindro externo está dada por 2r2N/60. Con una separación entre cilindro y cilindro
du 2r2N

dy
60b
La ecuación se basa en b<< r2. El momento de torsión Tc sobre el cilindro interno se mide
con un alambre de torsión del cual pende el cilindro. Si se ajusta un disco al alambre su
rotación es determinada por una aguja fija. Si se desprecia el momento de torsión debido al
fluido por abajo del fondo del cilindro interno el esfuerzo cortante es:

Tc
2r12h
De esta manera la ecuación para la viscosidad nos queda:
15T b
   2r 2rc hN
1 2
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Viscosímetro de caída libre
Consiste en un tubo lleno con líquido en estudio en el cual se deja caer una esfera metálica
de masa m y diámetro D. El tiempo necesario para que la esfera recorra la longitud X
después que ha alcanzado velocidad límite depende de la viscosidad del líquido.
En la práctica utilizaremos el método de Stokes para la obtención de la viscosidad. Sir
George Gabriel Stokes Matemático y Físico Irlandés en 1819 es autor de trabajos en
hidrodinámica, encontró la ley que rige la caída de sólidos esféricos en el seno de un fluido
denominada con su nombre.
Todo fluido tiene una viscosidad específica bajo ciertas condiciones cuando se mueve
alrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fluido, se produce una
fuerza de arrastre (Fa) sobre este. Si el cuerpo en estudio es una esfera, está fuerza de
arrastre viene dada por la expresión según la ley de Stokes:
Fa  6    r  v
Donde  es la viscosidad absoluta del fluido; r esa el radio de la esfera; v la velocidad de la
esfera con respecto al fluido.
Considerando lo anterior si se deja caer una esfera en un recipiente con un fluido, debe
existir una relación entre el tiempo empleado en recorrer una determinada distancia y la
viscosidad de dicho fluido. Construyendo el diagrama de cuerpo libre de una esfera se tiene:
Fa
E
p
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E: Empuje hidrostático
P: Peso de la esfera
Fa: Fuerza de arrastre
Aplicando la segunda Ley de Newton:
 f  m.a  P  E  F  m.a
a
Expresando en función de los parámetros cinemáticos nos queda:
P  E  6. ..r.v 
Pero
a
dv
m.dv
dt
0 ;
dt
v  ctte.
Nos queda,
mg  E  6rv  0
Dividiendo todo entre la masa,
 6r   mg  E 

0
v  

 m   m 

se puede designar dos constantes para abreviar la ecuación diferencial:
A
(mg  E)
m
B
6. ..r
m
Por lo tanto:
 Bv  A  0
x
v
t
si v  ctte
Entonces:
B
At
x
(Experimental)
Sustituyendo los valores
6 r mg  E t


m
m
x
Despejamos la viscosidad sabiendo que E 
4
 r 3  g nos queda:
3
3mg  4 r 3 g t


18 r
x
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Viscosidad de los aceites
Los aceites presentan notables diferencias en su grado de viscosidad o fluidez, influyendo
mucho estas diferencias en algunas de sus aplicaciones. El grado de viscosidad de los
aceites tiene importancia en los aceites destinados a arder y los utilizados como lubricantes.
En los primeros influye la viscosidad de modo que los aceites fluidos ascienden fácilmente
por capilaridad en las mechas de las lámparas, mientras que los muy viscoso o poco fluidos
requieren disposiciones especiales para conseguir que llegue a la llama en la unidad de
tiempo suficiente cantidad de combustible. Cuando se emplea aceites como lubricantes, la
materia grasa debe tener consistencia apropiada para impedir el contacto inmediato de las
superficies que frotan entre sí impidiendo con ello se desgaste; para lograr esto conviene
que la materia grasa no sea demasiado fluida ni tampoco demasiado viscosa.
Sistemas Unidades
S.I.: N.s / m2 = Kg / m.s
C.G.S.: g /cm.s = Poise
S.B.G.: slug / ft.seg
S.I.I.: lb.seg / ft2
CLASIFICACIÒN DE LOS ACEITES
La clasificación de los aceites atendiendo a su velocidad, generan en la etiqueta de los
envases una serie de siglas, acompañados por unos dígitos, identificando el grado de
viscosidad del lubricante, qué se refiere a su temperatura sin añadir datos alguno de sobre
atrás apreciaciones o condiciones. El índice de viscosidad representa la tendencia más o
menos que se espera a medida que se enfría o se calienta. Los aceites multigrado con base
sintéticos se obtienen haciendo una mezcla de aceites de síntesis de baja graduación SAE y
de aceites mineral de alta viscosidad.
La Organización de Estandarización Internacional ISO, estableció su ordenación para los
lubricantes de aplicación industrial, o a la Sociedad de Ingenieros de Automoción –Society of
Automotive Engineers- (SAE) de los Estados Unidos, creo su escala de denominación para
definir rangos de viscosidad en los lubricantes de automóviles
Clasificación SAE:
La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU.(SAE) clasificó a los aceites según su
viscosidad adoptando como temperatura de referencia 100 grado centígrado y manteniendo
la viscosidad en centistoke (cst). Se dividió el rango total de viscosidades de los aceites en
grupos arbitrarios designados por los siguientes números: 20, 30, 40 y 50, originalmente
existió un grado 60 que luego fue suprimido.
Esta clasificación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones de baja
temperatura aumentaba considerablemente su viscosidad no siendo apto para una
operación correcta en climas fríos. Surgen así los aceites tipo W (winter: invierno) que
cubrirían esta deficiencia. Se amplió entonces la clasificación incorporando los grados SAE
5W, SAE 10W, SAE 20W a los ya existentes.
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Estas primeras clasificaciones sólo tomaron en cuenta la viscosidad del aceite,
posteriormente con el advenimiento de los aditivos mejoradores se incorporan siglas que
caracterizan al aceite también por sus propiedades especificas (ejemplo: HD SAE 30, SAE
20 S1, etc.) como tener capacidad detergente-dispersante, propiedades antidesgaste,
propiedades anticorrosivas, etc.
Clasificación SAE de viscosidad de aceites para motor (SAE J306, DIC 96)
Viscosidad Max. (cP) Viscosidad Max. (cP) Viscosidad
en
Grado Arranque en frío a la Bombeo a baja temp.
SAE temperatura indicada s/esfuerzo de fluencia a cSt @ 100ºC
en ºC
la Temp. indicada en ºC Min. Max.
0W
3250 a -30
60000 a –40
3,8
5W
3500 a –25
60000 a –35
3,8
10W
3500 a –20
60000 a –25
4,1
15W
3500 a –15
60000 a –25
5,6
20W
4500 a –10
60000 a –20
5,6
25W
6000 a –5
60000 a –15
9,3
5,6 menor
20
que 9,3
9,3 menor
30
que 12,5
12,5 menor
40
que 16,3
12,5 menor
40
que 16,3
16,3 menor
50
que 21,9
21,9 menor
60
que 26,1
Viscosidad alta
temperatura alta
tasa de corte (cP) a
150ºC y 106s
2,6
2,9
2,9 (*)
3,7 (**)
3,7
3,7
Nota: 1 cP = 1 mPa x s; 1cSt = 1 mm2/s
(*) Los Grados 0w/40, 5w/40, 10w/40
(**) Los Grados 15w/40, 20w/40, 25w/40, 40
Aceites multigrado
Con el uso de aditivos mejoradores de índice de viscosidad y partiendo de bases refinadas
es posible formular aceites cuya viscosidad a altas y bajas temperaturas le permiten cumplir
con los requerimientos del servicio. De esta manera se obtienen aceites de características
SAE 30 a 100 ºc y SAE 10W a –20ºc, son los denominados “multigrado” generalmente
designados SAE 10W30 o similares.
Las ventajas de usar aceites multigrados son:
 Facilidad de arranque en frío.
 Rápida entrada en régimen térmico del motor.
 Ahorro de baterías y sistemas de arranque.
 Adecuada viscosidad en todo el rango de temperatura.
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Clasificación de viscosidad ISO para industriales aceites lubricantes
A lo largo del tiempo se ha adoptado diferentes siglas (ASTM, DIN, etc. ) para clasificar los
Aceites Lubricantes Industriales por su viscosidad medida en diversas unidades, llevando a
la necesidad del uso de tablas de conversión para pasar de un sistema a otro.
Esta situación generó en los Institutos de Normalización de los piases miembros de la
Organización Internacional de Estandarización (ISO) el deseo de uniformar criterios para
crear un único sistema de clasificación.
Sistema ISO de clasificación según la viscosidad para aceites industriales
Nota: La clasificación ISO corresponde a la
norma COVENIN 1121
Límites de
Viscosidad
Cinemática en
cSt @ 40 ºC
Viscosidad
Grado de
Cinemática
Este esfuerzo conjunto permitió el nacimiento viscosidad
media
de la clasificación ISO para Aceites
Mínima
Lubricantes Industriales, con las siguientes
ISO VG 2
2,2
1.98
características:
ISO VG 3
3,2
2,88
ISO
VG
5
4,6
4,14
Posee 18 grados de viscosidad entre 2
6,8
6,12
y1500 centi stokes (cst) a 40 ºc, cubriendo la ISO VG 7
10,0
9,00
totalidad del rango de viscosidad, desde los ISO VG 10
ISO
VG
15
15,0
13,50
aceites más livianos a los más pesados.
Cada grupo se designa el número a su ISO VG 22
22,0
19,80
viscosidad cinemática media.
ISO VG 32
32,0
28,80
ISO VG 46
46,0
41,40
Cada grupo representa un intervalo de ISO VG 68
68,0
61,20
viscosidad generado
apartar
de
su
ISO VG
100,0
90,00
viscosidad cinemática media +/- 10% de este
100
valor.
ISO VG
150,0
135,00
150
Cada viscosidad cinemática media es
ISO VG
220,0
198,00
aproximadamente
50%
mayor
a
la
220
correspondiente al grado anterior.
ISO VG
320,0
288,00
320
ISO VG
460,0
414,00
460
ISO VG
680,0
612,00
680
ISO VG
1.000,0
900,00
1.000
ISO VG
1.500,0
1.350,00
1.500
CURSO BASICO
Máxima
2,42
3,52
5,03
7,48
11,00
16,50
24,20
35,20
0,60
74,80
110,00
165,00
242,00
352,00
506,00
748,00
1100,00
1650,00
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Sistema de clasificación API
Motores a gasolina Algunas designaciones son: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH. El
primero usado para motores a gasolina y Diésel.
Clasificación API (Instituto de Petróleo Americano) de calidad de los aceites para
motor
Clasificación
Servicio
de servicio Gasolina
API
API
previo
SA
ML
SB
MM
MS
SC
(1964)
MS
SD
(1968)
SE
Gasolina
SF
SG
SH
SJ
SL
Descripción de los fabricantes de
equipos y especificaciones
militares relacionadas
Aceite mineral puro
Aceite inhibido (1930)
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1964-1967)
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1968-1971)
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1972-1980)/MIL-L-46152 y
MIL-L46152A
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1980-1988)/MIL-L-46152B
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1989-1992)/ MIL-L-46152D
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1993-19996)
Garantía de servicio para motores a
gasolina (1996-2000)
Garantía de servicio para motores a
gasolina (2001)
2.2. TENSION SUPERFICIAL
La Tensión superficial o energía libre superficial es el trabajo necesario para incrementar, a
temperatura constante y de modo reversible, el área de la superficie de un líquido en una
unidad.
La tensión superficial es la medida de la potencia de las fuerzas intermoleculares.
La tensión superficial depende de la clase de sustancia y disminuye con un aumento de la
temperatura.
Las unidades de tensión superficial son: erg/cm2, Joules/m2, dinas/cm o Nt/m.
Tensión superficial por el método del ascenso capilar
La primera interpretación de la capilaridad consideraba que el líquido "trepaba" por las
paredes del tubo hasta el punto de que el "agarre" del anillo de la superficie alrededor de la
pared interior apenas podía soportar el peso de la columna de líquido debajo de él. Esta
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tensión superficial se calculó como el peso de la columna dividido por la circunferencia
interior del tubo. Esto se refinó más tarde a unidades de fuerza / longitud. Así, si un líquido
de densidad (D) 0.800 g / cm3 se elevó a una altura (H) de 5.00 cm en un tubo capilar con
un radio interno (r) de 0.0100 cm (en un campo gravitacional, g = 980 cm / seg2 ), se calculó
la tensión superficial (g):
Volumen = Área x Altura
Masa = Volumen x Densidad
Fuerza = Masa x Aceleración
V = π r2 H
M = π r2Hr
F = π r2Hrg
Circunferencia = 2π r
Tensión superficial =  = Fuerza / Circunferencia = π r2Hrg / 2π r
Por lo tanto, para realizar la determinación de la tensión superficial se mide la altura que
alcanza un líquido dentro de un tubo capilar abierto en ambos extremos de acuerdo a:
1
  rhg
2
Dónde:
 es la tensión superficial
r es el radio interno del tubo capilar
H = h, es la altura alcanzada por el líquido
 es la densidad del líquido
g es la aceleración de la gravedad
3. MATERIALES Y REACTIVOS
3.1. Materiales
(método de caída libre)
ITEM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
MATERIAL
Tubo de vidrio
Embudo
Perdigón de acero
Cronometro
Imán
Flexómetro
Vernier
Vaso de precipitado
Escala milimétrica
Tubo capilar
Matraz aforado
Balanza eléctrica
CARACTERÍSTICA
150 cm
5 mm diam
100 cm
250 cc
10 cm
50 cm3
Hasta 0.001
CURSO BASICO
CANTIDAD
1
1
5
1
1
1
1
1
1
3
4
1
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(método de ascenso capilar)
ITEM
1
2
3
MATERIAL
Tubos capilares
Vaso de precipitados
Regla graduada
CARACTERÍSTICA
Diferentes diámetros
100 ml
15 cm
CANTIDAD
3
1
1
3.2. Reactivos
ITEM
1
2
3
4
REACTIVO
Agua destilada
Aceites
Alcohol etílico
Éter etílico
CARACTERÍSTICA
Diferentes visc.
p.a.
p.a.
CANTIDAD
300 cc
300 cc
200 cc
200 cc
4. PROCEDIMIENTO
4.1. Viscosidad (método de caída libre)







Determinar el diámetro de la esfera y su masa
Determinar la densidad de cada aceite (referencia a practica No1)
Se coloca la esfera en el pasador horizontal del tubo.
Se sumerge cuidadosamente el pasador.
Se deja descender libremente la esfera, cuidando que no roce las paredes del tubo y
cuando la esfera pase por la referencia indicada, se acciona el cronómetro
Una vez que la esfera pase por la segunda referencia indicada, se detiene el
cronómetro y se toma nota del tiempo empleado.
Se repite la operación anterior 5 veces por cada aceite empleado en la práctica.
4.2. Tensión superficial (método de ascenso capilar)



Calibre un capilar pesando el capilar seco y vacío y luego lleno de líquido. Con el
peso del líquido, la densidad del líquido y la longitud del tubo determine el diámetro
interno del tubo capilar.
Introduzca con mucho cuidado el tubo capilar y determine con ayuda de la escala
milimétrica la altura h del ascenso capilar.
Repita el procedimiento para diferentes líquidos.
4.3. Con simuladores
4.3.1. Determinación de la viscosidad método de Stokes
Ingrese al enlace: https://amrita.olabs.edu.in/?sub=1&brch=5&sim=225&cnt=4

Con el botón "Seleccionar el entorno", ajuste en “Earth (g = 9.8 m/s2)”
CURSO BASICO
GUÍA DE LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL
QMC 100 L
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Con ayuda del botón 'Seleccionar líquido viscoso', seleccionar el líquido para el cual se
va a medir la viscosidad
Utilice el control deslizante 'Seleccionar diámetro del frasco' para cambiar el diámetro del
frasco de vidrio.
Utilice el control deslizante “Seleccionar diámetro de la jarra' y “Seleccionar diámetro de
la esfera de cristal' para cambiar diámetros de la jarra y de la esfera de cristal, registre el
valor seleccionado, para cambiar los diámetros nueva hacia la derecha el botón azul
Arrastre la esfera de cristal hacia la jarra y suéltala en el líquido del frasco.
El cronómetro funciona automáticamente cuando la esfera llega al punto A y se detiene
cuando sale del punto B.
Registre el tiempo que se muestra en el cronómetro.
Registre datos de la densidad de la esfera de cristal, la densidad del líquido
seleccionado, la gravedad y la distancia entre los puntos A y B
Repita el experimento cambiando el diámetro de la esfera de cristal.
Haga clic en el botón 'Restablecer' para realizar otra prueba experimental.
4.3.2. Determinación de la viscosidad con el viscosímetro de Ostwald
Ingrese al enlace: http://pcv-au.vlabs.ac.in/physicalchemistry/Determination_of_Viscosity_of_Organic_Solvents/experiment.html






Seleccione el líquido en el menú desplegable “SELECCIONE UN LIQUIDO” ( puede
empezar con el agua, el líquido de referencia).
Haga click en el cuadrado que corresponde a “MOSTRAR ETIQUETAS” para poder
ver las marcas en el viscosímetro de Ostwald, que en el siguiente paso permitirá
medir el tiempo.
Haga click en el botón “LLENAR LIQUIDO” para llenar la pipeta con el líquido del
frasco, y después vaciar todo líquido en el viscosímetro. Inmediatamente después
con la propipeta se aspirara el líquido, por lo cual debe estar muy atento para poner
en marcha “■ ” el cronómetro en el momento en que la superficie del líquido pase por
la marca D y detener “►
” el cronometro en el momento que pase por la marca C.
Anote el tiempo medido.
Haga click en REINICIAR para empezar nuevamente la medición de otro tiempo de
flujo del líquido (agua) .
Realice 3 mediciones del tiempo de flujo del líquido desde la marca D hasta la marca
C para obtener un tiempo promedio
Repita los 5 pasos anteriores para los otros 2 líquidos (tolueno y nitrobenceno).
5. DATOS EXPERIMENTALES
5.1 Viscosidad
Medición
1
2
3
4
5
masa
distancia
tiempo
CURSO BASICO
densidad
diámetro
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QMC 100 L
Medición
1
2
3
4
5
masa
distancia
tiempo
densidad
diámetro
masa capilar
lleno
longitud del
capilar
densidad del
liquido
altura
alcanzada
5.2 Tensión superficial
Medida
1
2
3
4
masa capilar
vacío
5.3 Con simuladores
4.3.1.Determinación de la viscosidad método de Stokes
Medición
(glicerina)
distancia
[cm]
tiempo
[s]
densidad
[g/cm3]
diámetro de la
esfera de cristal
[mm]
diámetro del
frasco
[cm]
distancia
[cm]
tiempo
[s]
densidad
[g/cm3]
diámetro de la
esfera de cristal
[mm]
diámetro del
frasco
[cm]
1
2
3
Medición
(Aceite de
castor)
1
2
3
4.3.1.Determinación de la viscosidad con el viscosímetro de Ostwald
LIQUIDOS
PRUEBA 1
tiempo [s]
PRUEBA 2
tiempo [s]
Agua
Tolueno
Nitrobenceno
6. CÁLCULOS
6.1. Viscosidad

Calcule las distintas viscosidades experimentales.
CURSO BASICO
PRUEBA 3
tiempo [s]
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QMC 100 L

Compare los valores da las distintas viscosidades experimentales con el obtenido
mediante la bibliografía.
6.2. Tensión superficial


Calcule las tensiones superficiales experimentales.
Compare los valores da las distintas tensiones superficiales experimentales con
el obtenido mediante la bibliografía.
6.3. Simuladores
6.3.1. Determinación de la viscosidad método de Stokes

Calcule la velocidad, distancia recorrida por la esfera de cristal (d) y el tiempo que

tarda en recorrerla (t).
𝑣′ = 𝑡
Debido a que la esfera cae por líquido con velocidad acelerada hasta
aproximadamente un tercio de su altura, luego cae con velocidad terminal uniforme,
calcule la velocidad terminal de la esfera de cristal, v usando la siguiente relación:
𝑑
𝑣 = 𝑣′(1 +
2.4 𝑟
)
𝑅

Determine la viscosidad del líquido seleccionado.
5=
2 𝑟2(𝜌 − 𝜎)𝑔
9
𝑣
ρ = Densidad del líquido (kg/m3)
σ = Densidad de la esfera (kg/m3)
r = Radio de la esfera
v = velocidad terminal de la esfera.

Habilite la casilla 'Mostrar resultado' para verificar el valor calculado de la viscosidad
del líquido seleccionado.
6.3.1. Determinación de la viscosidad con el viscosímetro de Ostwald


Con los tres datos correspondiente al tiempo de flujo calcule la temperatura promedio
para cada líquido. Puede utilizar este dato promedio para el cálculo de la viscosidad.
Calcule la viscosidad de los dos solventes orgánicos (tolueno y nitrobenceno)
tomando como líquido de referencia el agua mediante la siguiente ecuación:
5𝑙i𝑞 =
5𝑟𝑒ƒ 𝜌𝑙i𝑞 𝑡𝑙i𝑞
𝜌𝑟𝑒ƒ 𝑡𝑟𝑒ƒ
NOTA: los datos que faltan, como por ejemplo la densidad, puede obtener de tablas
(bibliografía) a 30°C que es la temperatura de trabajo.
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QMC 100 L
No se olvide que el líquido de referencia (ref) es el agua, y los líquidos (liq) son el tolueno y
el nitrobenceno.
7. CUESTIONARIO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Defina viscosidad y de 3 ejemplos de sustancias viscosas.
¿Por qué es importante medir la viscosidad? Explique.
¿Todos los fluidos poseen viscosidad? Explique.
¿Cuál es el líquido con mayor tensión superficial? Explique
Explique cómo se puede disminuir la tensión superficial del agua.
Se introduce un tubo de diámetro de 1.9 mm en un líquido desconocido cuya densidad
es de 960 Kg/m3 y se observa que el líquido asciende 5 mm en el tubo y forma un
ángulo de 15°. Determine la tensión superficial del líquido.
7. En un tubo de vidrio, el agua presenta una elevación capilar de 2 cm a 20°C. Si la
densidad es 0.9982 g/cm3 la tensión superficial 72.75 x 10-3 N/m. Calcule el diámetro del
tubo (Ø = 0°).
8. Se aplica una fuerza de 200 N a una placa de 200 cm2 de área bajo la cual hay un fluido
que se mueve con una velocidad de 2 m/s. El fluido esta entre esa placa y otra fija,
separadas 1 cm. Si el fluido tiene una densidad relativa igual a 0.85; determine la
viscosidad absoluta y la viscosidad cinemática.
9. El tiempo requerido para que 2 cm3 de etanol fluyan a través de un tubo capilar es de 40
segundos; 2 cm3 de acetona tardan 10 segundos para fluir por el mismo tubo capilar.
¿Cuál de los dos líquidos tiene mayor viscosidad y por qué?
10. Cuando se colocan 10,0 ml de agua a 293 K en un viscosímetro Ostwald, el nivel del
líquido tarda 136,5 s en descender de la primera marca a la segunda. Para 10,0 ml de
hexano a 20°C en el mismo viscosímetro, el tiempo correspondiente es de 67,3 s.
Encuentre la viscosidad del hexano a 293 K y 1 atm. Datos a 20°C y 1 atm: viscosidad
del agua = 1,002 cP, densidad del agua = 0.998 g/ml, densidad del hexano = 0,659
g/ml.
8. BIBLIOGRAFÍA
 Eugene A. Avallone, Theodore Bauemeister III, Manual del Ing. Mecánico, Tercera
Edición. Editorial McGraw-Hill, 1999.
 Víctor L. Streeter Mecánica de los Fluidos, Editorial Mc Hill, Novena Edición.
 La Gerhart, R. Groos y J. Hochstein Fundamentos de Mecánica de los Fluidos.
(1995) Wilmington, Delaware, USA. Addison-Wesley Iberoamericano, S.A. Segunda
Edición.
 Jaime Zapata Guía para laboratorio de Mecánica de Fluidos, Guayana 1989.
 Manual del lubricante PDV
 Manual de líneas de lubricantes BP.
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