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8/12/2019 Viscosidad y Densidad de Liquidos
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VISCOSIDADY DENSIDAD DE LIQUIDOS
CONTENIDO.
Pgina.
I. Resumen................................................................................................................1
II. Introduccin...........................................................................................................2
III. Principios
Tericos...................................................................................................................3
IV. Tabla de datos y resultados.....................................................................................6
V. Clculos...................................................................................................................7
VI. Conclusiones y Recomendaciones........................................................................1
VII. Cuestionario..........................................................................................................11
VIII. !iblio"ra#$a...........................................................................................................1%
I&. 'p(ndice...............................................................................................................1)
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I.- Resumen.
*a si"uiente prctica de *aboratorio de +isico,u$mica- tuo como ob/etio la
determinacin de la Viscosidad- mediante el Viscos$metro de 0torner y la ensidad de
*$,uidos mediante el Picnmetro.
*a eperiencia se reali en la si"uientes condiciones4 Presin a 756 mm"- temperatura
a 21 o C y umedad relatia de )28.
9l Viscos$metro nos permiti medir el tiempo o n:mero de reoluciones de un (lice ,ue
se introdu/o en una muestra de "licerina- ,ue se encontraba impulsada por pesas de
alores ariables.
*a prctica de iscosidad- se diidi en dos partes4 primero- se traba/ con una solucin
patrn de "licerina- y lue"o con una solucin problema de "licerina.
Con los datos obtenidos con la solucin patrn de "licerina- traamos la "r#ica ;
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II.- Introu!!i"n.
'l"unos l$,uidos- como la melaa y el aceite de motor- #luyen muy lentamente otros-
como el a"ua y la "asolina- #luyen #cilmente. *a resistencia a #luir ,ue presenta unl$,uido es su iscosidad.
Cuanto mayor es la iscosidad de un l$,uido- ms lentamente #luye. *a iscosidad puede
medirse determinando el tiempo ,ue cierta cantidad del l$,uido tarda en #luir a tra(s de
un tubo del"ado ba/o la in#luencia de la "raedad.
*os l$,uidos ms iscosos tardan ms. *a iscosidad tambi(n puede determinarse
midiendo la elocidad con ,ue es#eras de acero caen a tra(s del l$,uido. *as es#eras
caen mas lentamente al aumentar la iscosidad.
*a iscosidad tiene ,ue er con la #acilidad con ,ue mol(culas indiiduales del l$,uido
pueden moerse unas respecto a otras por tanto- depende de las #ueras de atraccin
entre las mol(culas y de la eistencia de caracter$sticas estructurales ,ue pudieran acer
,ue las mol(culas se enreden.
*a iscosidad disminuye al aumentar la temperatura por,ue a temperaturas mas altas el
aumento en la ener"$a cin(tica de las mol(culas ence mas #cilmente las #ueras de
atraccin entre ellas.
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III.- Prin!i#ios Te"ri!os.
$% Vis!osia-
9s la propiedad de un #luido ,ue tiende a oponerse a su #lu/o cuando se le aplica una#uera. *os #luidos de alta iscosidad presentan una cierta resistencia a #luir los #luidos
de ba/a iscosidad #luyen con #acilidad. *a #uera con la ,ue una capa de #luido en
moimiento arrastra consi"o a las capas adyacentes de #luido determina su iscosidad-
,ue se mide con un recipiente >iscos$metro? ,ue tiene un ori#icio de tamaDo conocido en
el #ondo. *a elocidad con la ,ue el #luido sale por el ori#icio es una medida de su
iscosidad.
&% '(u)os e (a !a#a (*mite .
0e":n la teor$a molecular- cuando un #luido empiea a #luir ba/o la in#luencia de la
"raedad- las mol(culas de las capas estacionarias del #luido deben cruar una #rontera o
l$mite para entrar en la re"in de #lu/o. Ena e cruado el l$mite- estas mol(culas
reciben ener"$a de las ,ue estn en moimiento y comienan a #luir. ebido a la ener"$a
trans#erida- las mol(culas ,ue ya estaban en moimiento reducen su elocidad. 'l mismo
tiempo- las mol(culas de la capa de #luido en moimiento cruan el l$mite en sentido
opuesto y entran en las capas estacionarias- con lo ,ue transmiten un impulso a las
mol(culas estacionarias. 9l resultado "lobal de este moimiento bidireccional de un lado
al otro del l$mite es ,ue el #luido en moimiento reduce su elocidad- el #luido
estacionario se pone en moimiento- y las capas en moimiento ad,uieren una elocidadmedia.
Para acer ,ue una capa de #luido se manten"a moi(ndose a mayor elocidad ,ue otra
capa es necesario aplicar una #uera continua. *a iscosidad en poises se de#ine como la
ma"nitud de la #uera >medida en dinas por cent$metro cuadrado de super#icie? necesaria
para mantener Fen situacin de e,uilibrioF una di#erencia de elocidad de 1 cm por
se"undo entre capas separadas por 1 cm. *a iscosidad del a"ua a temperatura ambiente
>2 GC? es de -1 poises en el punto de ebullicin >1 GC? disminuye asta -2%
poises.
+% E,e!tos e( !a(or .
*a iscosidad de un #luido disminuye con la reduccin de densidad ,ue tiene lu"ar al
aumentar la temperatura. 9n un #luido menos denso ay menos mol(culas por unidad de
olumen ,ue puedan trans#erir impulso desde la capa en moimiento asta la capa
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estacionaria. 9sto- a su e- a#ecta a la elocidad de las distintas capas. 9l momento se
trans#iere con ms di#icultad entre las capas- y la iscosidad disminuye. 9n al"unos
l$,uidos- el aumento de la elocidad molecular compensa la reduccin de la densidad.
*os aceites de silicona- por e/emplo- cambian muy poco su tendencia a #luir cuando
cambia la temperatura- por lo ,ue son muy :tiles como lubricantes cuando una m,uina
est sometida a "randes cambios de temperatura.
% Vis!os*metro.
Instrumento utiliado para medir la iscosidad de los l$,uidos. Consiste en una pe,ueDa
asi/a en cuyo #ondo eiste un ori#icio calibrado y de tamaDo conocido- y en la ,ue se
ierte un olumen conocido de l$,uido. 9l tiempo ,ue (ste emplea en #luir por el ori#icio
es una medida de su iscosidad.
*os l$,uidos no son per#ectamente #luidos sino iscosos- es decir- tienden a oponerse a su
#lu/o cuando se les aplica una #uera. *a iscosidad iene determinada por la #uera con
la ,ue una capa de #luido en moimiento arrastra consi"o a las capas adyacentes. Con el
iscos$metro se mide la iscosidad relatia del l$,uido respecto a la del a"ua- ,ue se
toma como unidad. *a iscosidad relatia es directamente proporcional a la densidad del
l$,uido y al tiempo ,ue (ste tarda en #luir por el ori#icio- e inersamente proporcional al
tiempo ,ue inierte en #luir el mismo olumen de a"ua. Como la temperatura in#luye
muco en el alor de la iscosidad- las medidas deben realiarse a la misma temperatura.
% Densia .
Hasa de un cuerpo por unidad de olumen. 9n ocasiones se abla de densidad relatia
,ue es la relacin entre la densidad de un cuerpo y la densidad del a"ua a B GC- ,ue se
toma como unidad. Como un cent$metro c:bico de a"ua a B GC tiene una masa de 1 "- la
densidad relatia de la sustancia e,uiale num(ricamente a su densidad epresada en
"ramos por cent$metro c:bico.
*a densidad puede obtenerse de arias #ormas. Por e/emplo- para ob/etos macios de
densidad mayor ,ue el a"ua- se determina primero su masa en una balana- y despu(s su
olumen (ste se puede calcular a tra(s del clculo si el ob/eto tiene #orma "eom(trica-o sumer"i(ndolo en un recipiente calibrando- con a"ua- y iendo la di#erencia de altura
,ue alcana el l$,uido. *a densidad es el resultado de diidir la masa por el olumen.
Para medir la densidad de l$,uidos se utilia el dens$metro- ,ue proporciona una lectura
directa de la densidad.
ABA
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/% Dens*metro .
Vidrio o instrumento de metal "raduado ,ue se utilia para medir la densidad de un
l$,uido. 0e basa en el principio idrosttico del matemtico e inentor "rie"o
'r,u$medes- ,ue establece ,ue cual,uier cuerpo sumer"ido en un l$,uido eperimenta
un empu/e acia arriba i"ual a la masa del l$,uido desalo/ado. 9l dens$metro tiene unaparte in#erior en #orma de ampolla llena de plomo o mercurio y #lota por s$ mismo en la
disolucin a medir. Cuando est sumer"ido- la arilla "raduada se elea erticalmente
para dar una lectura de la escala. *os dens$metros deben calibrarse se":n el tipo de
l$,uido ,ue ay ,ue analiar- y a una temperatura tipo- normalmente B GC o 2 GC.
9isten distintos tipos de dens$metros ,ue miden la densidad y la purea de los
acumuladores- de las calderas de los barcos- del suelo y de la lece.
0% Pi!n"metro .
'parato ,ue se utilia para determinar las densidades de distintas sustancias. Tambi(n se
conoce como #rasco de densidades. Consiste en un pe,ueDo #rasco de idrio de cuello
estreco- cerrado con un tapn esmerilado- ueco y ,ue termina por su parte superior en
un tubo capilar con "raduaciones.
Para llenar el picnmetro se ,uita el tapn esmerilado- ,ue est ueco o per#orado- se
aDade la muestra con una probeta pe,ueDa y se tapa. 9l l$,uido subir por el interior del
tapn asta el capilar. Puede ocurrir ,ue incluso rebose- en cuyo caso se secar$a
cuidadosamente por #uera procurando ,ue el l$,uido llene totalmente el tapn o ,ue eleceso se pueda medir con el capilar. 's$ se determina el olumen de l$,uido contenido
en el recipiente. 'l"unos picnmetros- menos precisos- no tienen tapn- sino un cuello
lar"o a#orado en este caso- el picnmetro se llenar$a asta el enrase marcado en el cuello
y de esta #orma se conocer$a el olumen del l$,uido.
*a masa del l$,uido se determina por di#erencia entre la masa del picnmetro lleno y
ac$o- y la densidad del l$,uido ser el cociente entre su masa y el olumen ,ue ocupa.
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IV.- Ta1(a e atos 2 Resu(taos.
Condiciones en la ,ue se traba/o en laboratorio.
P 3mm 4g% 756T 35C% 21
4R )2 8
I? Hedicin de la iscosidad de l$,uidos con el Viscos$metro 0tormer .
a? Con la solucin patrn de "licerina.
m 3g% t$3seg% t&3seg% t#romeio3seg%
5 77 75 76
75 56 56 56
1 BB BB BB
125 36 36 36
15 32 32 22
b? Con la solucin problema de "licerina.
m 3g% t$3seg% t&3seg% t#romeio3seg%
1 2 1) 1)-5
15 1B 1B 1B
II? eterminacin de la densidad de la "licerina mediante el m(todo del Picnmetro .
J1 @ %-%5)) ".
J2 @ 1)-2B6 ".
J3 @ %-%61 ".
JB @ 21-5157 ".
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V.- C(!u(os.
a? Con los datos tericos de la ; en cp de la muestra patrn trace una "r#ica de ;
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Como4 m @ =........>1? y b @ A=.a............>2?
Reemplaando los alores de m y b obtenidos- en >1? y >2?- se tiene ,ue4
= @ -321
a @ 1-6BB
b? Esando la ecuacin >5? determine la ; >cp? de la solucin problema.
Para m @ 1 ". y t @ 1)-5 se".
; >cp? @ m = >t Ka?
; >cp? @ 32-3B cp
Para m @ 15 ". y t @ 1B se".
; >cp? @ m = >t Ka?
; >cp? @ 1%)-55%1 cp
c? Calcule la densidad de la muestra patrn con los datos obtenidos con el m(todo del
Picnmetro- aciendo uso de las si"uientes ecuacin.
Le @ JB A J3 J2 A J1.....................................>M?
Reemplaando4
J1 @ 2-27%3 ".
J2 @ BB-B7)1 ".
J3 @ 2-2% ".
JB @ 5-6217 ".
9n >M?- se tiene ,ue4
Le @ 1-253
A%A
+inalmente4
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N2"licerol @ Le N2
a"ua - N2
a"ua @ -))%23B3 "
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*a Viscosidad ar$a en #orma inersamente proporcional a la temperatura.
*a iscosidad de un l$,uido depende del tamaDo- la #orma y la naturalea ,u$mica de
sus mol(culas.
Para los l$,uidos de la misma clase- al aumentar al peso molecular- aumenta tambi(n
la iscosidad.
*as #ueras de coesin en los l$,uidos son la causa de ,ue eista una resistencia al
moimiento de unas mol(culas con respecto a otras.
*a "licerina es una sustancia bastante iscosa- y por ello la ener"$a de actiacin de
sus mol(culas debe ser bastante eleada.
Poseer un cronmetro adecuado para determinar el tiempo eacto de escurrimiento.
0e recomienda ,ue dentro del laboratorio- cada alumno ten"a un cuaderno de
*aboratorio especial para el curso- para as$ poder anotar todos los resultados
obtenidos durante la practica- para posteriormente realiar los clculos respectios.
urante la practica- #i/arse detalladamente las condiciones en las ,ue se esta
traba/ando- es decir- #i/arse la presin en el barmetro- temperatura en el termmetro-
etc.
Etiliar asos termoAaislantes para poder medir el niel del l$,uido en el
Viscos$metro sin tener ,ue retirar el sistema de la temperatura ,ue estamos
considerando.
Tener cuidado al manipular el Viscos$metro de 0tormer pues cual,uier obstruccin
en el descenso de las pesas alterara la elocidad de ca$da y por lo tanto el resultado.
Reisar constantemente la temperatura- ya ,ue (sta no debe su#rir ariacin mayor.
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VII.- Cuestionario.
1? 9pli,ue el si"ni#icado del coe#iciente de epansin t(rmica.
*a dependencia del olumen de un slido o l$,uido con la temperatura a presin
constante puede epresarse por la ecuacin4
V @ V0(1 O t?
onde tes la temperatura celsius- V0 es el olumen del slido o li,uido a GC y es el
coe#iciente de epansin t(rmica.
9l alor de es casi el mismo para todos los "ases- mientras ,ue para cada l$,uido oslido- tiene su alor propio. Cual,uier sustancia particular tiene alores di#erentes de
en el estado l$,uido y en el slido.
9l alor de es constante en interalos limitados de temperatura. 0i los datos deben
representarse con precisin en un amplio interalo de temperatura- es necesario emplear
una ecuacin con potencias mayores de t4
V @ V0 >1 O at O bt2 + ...........)
onde a y b son constantes. Para "ases y slidos- es siempre positio- mientras ,ue
para l$,uidos es "eneralmente positio. ay al"unos l$,uidos para los cuales es
ne"atio en un interalo pe,ueDo de temperatura. Por e/emplo- entre y BGC- el a"ua
tiene un alor ne"atio de . 9n este pe,ueDo interalo de temperatura- el olumen
espec$#ico del a"ua disminuye al aumentar la temperatura.
2? 9pli,ue al"unos m(todos anal$ticos y
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un li,uido con esta ecuacin no siempre es necesario medir todas las cantidades
indicadas una e ,ue la iscosidad de un l$,uido de re#erencia- "eneralmente a"ua- se
conoce con eactitud. 0i se mide el tiempo de #lu/o del mismo olumen de dos l$,uidos
di#erentes a tra(s del mismo capilar - de acuerdo con la ecuacin de poiseuille- la
relacin de los coe#icientes de iscosidad de los dos l$,uidos ser4
1 P1rBt1
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Viscos$metro de tubo capilar.
etermina el tiempo re,uerido para ,ue un olumen dado de un l$,uido escurra- a tra(s
de un capilar. 9ste se denomina iscos$metro de QstJald o de Ebbelode.
Viscos$metro rotatorio.
Hide las #ueras de ciallamiento >#uera tan"encial por unidad de super#icie? en el seno
de un l$,uido situado entre dos cilindros coaiales de radios Ray R!- uno de los cuales
se muee por un motor- mientras ,ue el otro se deslia debido a la rotacin del primero.
9ste se denomina iscos$metro de !roo=#ield- de rotoisco o de 0tormer.
Viscos$metro de QstJald.
*lenar el tubo con la cantidad eacta de l$,uido especi#icada por el #abricante >a/ustado
a 2- -1GC?. '/ustar el menisco de la columna de l$,uido en el tubo capilar al niel
de la l$nea "raduada superior con la ayuda de presin o succin. 'brir el tubo de llenado
y el tubo capilar para ,ue el l$,uido escurra contra la presin atmos#(rica. SQT'4 una
#alla al abrir cual,uiera de estos tubos producir alores errneosU. Re"istrar el tiempo
necesario- en se"undos- mediante un cronmetro para ,ue el l$,uido escurra de la marca
superior a la marca in#erior en el tubo capilar.
Viscos$metro de Ebbelode.
Colocar una cantidad de l$,uido en el tubo de llenado >a/ustado a 2- -1GC? y
trans#erirlo al tubo capilar mediante succin suae eitando la #ormacin de burbu/as en
el l$,uido- manteniendo el tubo de aire cerrado. '/ustar el menisco de la columna de
l$,uido en el tubo capilar al niel de la l$nea "raduada superior. 'brir el tubo de aire y el
tubo capilar para permitir ,ue el l$,uido escurra contra la presin atmos#(rica. SQT'4
una #alla al abrir el tubo de aire antes ,ue el tubo capilar producir alores errneosU.Re"istrar el tiempo necesario- en se"undos- mediante un cronmetro para ,ue el l$,uido
escurra de la marca superior a la marca in#erior en el tubo capilar.
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C(!u(os.
Calcular la constante del iscos$metro- =- mediante la #rmula si"uiente4
@ er 16. eterminacin de la densidad
relatia? y t es el tiempo- en se"undos- para ,ue el l$,uido escurra de la marca superior a
la marca in#erior.
SQT'4 cuando un iscos$metro se repara- debe calibrarse nueamente. ':n las
reparaciones menores causan- #recuentemente- cambios si"ni#icatios en el alor de su
constante- =U.
eterminacin de la iscosidad mediante el Viscos$metro de Tubo Capilar.
*a determinacin de la iscosidad se e#ect:a a una temperatura de 2- -1GC- a
menos ,ue se especi#i,ue de otro modo en la mono"ra#$a correspondiente.
9l ensayo no es lido si dos lecturas consecutias di#ieren ms de 18. *a media de tres
lecturas- como m$nimo- da el tiempo de ertido del l$,uido desconocido.
0e calcula la iscosidad absoluta- - en centipoise- mediante la #rmula si"uiente4
@ =dt
en la cual = es la constante del aparato- d es la densidad del l$,uido desconocido y t es el
tiempo de escurrimiento del l$,uido desconocido.
Procedimiento >er +i"ura? A *lenar el iscos$metro por el tubo *- con una cantidad
su#iciente del l$,uido desconocido a 2GC- a menos ,ue se especi#i,ue de otro modo en
la mono"ra#$a correspondiente- para llenar el bulbo '. 'se"urar ,ue el niel del l$,uido
en el bulbo !- est por deba/o del ori#icio de entilacin del tubo H. 0umer"ir el
iscos$metro en un baDo de a"ua a 2- -1GC- a menos ,ue se especi#i,ue de otro
modo en la mono"ra#$a correspondiente. Hantenerlo en posicin ertical y de/ar reposar
durante 3 minutos para establecer el e,uilibrio t(rmico. Cerrar el tubo H- y elear elniel del l$,uido en el tubo - asta ,ue se sit:e a % mm aproimadamente por encima
de la marca 9. Hantener el l$,uido en este niel- cerrando el tubo - y abriendo el tubo
H. 'brir el tubo - y medir mediante un cronmetro- con una aproimacin de 1
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eterminacin de la iscosidad mediante el Viscos$metro Rotatorio.
*a determinacin de la iscosidad se e#ect:a a una temperatura de 2- -1GC- a
menos ,ue se especi#i,ue de otro modo en la mono"ra#$a correspondiente. Hucas
sustancias presentan iscosidad ariable se":n est(n en reposo o en moimiento y la
mayor$a de ellas son menos resistentes al #lu/o a elocidades altas. 9n dicos casos- enla mono"ra#$a correspondiente se indica el iscos$metro a emplear y la elocidad
an"ular a la ,ue debe determinarse la iscosidad.
*a determinacin de la iscosidad absoluta se calcula mediante la #rmula si"uiente4
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en la cual representa la altura de inmersin del cilindro ,ue se deslia en el medi
l$,uido- R' y R! representan los radios de los cilindros siendo R' menor ,ue R!-
representa la elocidad an"ular y H representa el n"ulo de desiacin del cilindro
,ue se deslia. 0i se determina la constante- =- del aparato la n se calcula mediante lasi"uiente #rmula simpli#icada4
3? 9pli,ue (l calculo de la iscosidad de pol$meros.
*a presencia de un pol$mero en un disolente suele dar como resultado un aumento
"rande de la iscosidad de la solucin aun a ba/as concentraciones. 9ste e#ecto depende
#uertemente de la concentracin y del disolente. 9n un disolente pobre- la mol(cula
de cadena lar"a se encuentra enrollada en su mayor parte en un buen disolente- la
mol(cula puede encontrarse desenrollada y alar"ada. 'mbas con#i"uraciones producen
cambios "randes en la iscosidad de la solucin. ' medida ,ue aumenta la masa molar-
el e#ecto de iscosidad aumenta. *a medicin de la iscosidad es ,ui la #orma ms
simple de obtener un alor para la masa molar de una macromol(cula.
*a iscosidad de una solucin y la del disolente puro se miden en un iscos$metro
capilar de precisin. *a iscosidad espec$#ica- e-se de#ine como4
; @ ;solucin A ;disolente @ ;r A 1
;disolente
en la ,ue la iscosidad relatia- ;r- es la relacin entre la iscosidad de la solucin y la
iscosidad del disolente puro. *a iscosidad espec$#ica es la contribucin relatia del
pol$mero a la iscosidad de la solucin.
0i diidimos ;eentre la concentracin del pol$mero- cJ- obtenemos una cantidad ,ueaumenta con la concentracin. *as mediciones de ; se realian como una #uncin de la
concentracin y se "ra#ica ;e
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;e @ S;U O bcJ cJ
9n la ,ue b es una constante. 9mp$ricamente se encuentra ,ue la iscosidad intr$nseca
depende de la masa molar se":n la #rmula4
S;U @ KMa
eterminamos los alores de las constantes emp$ricas K y a- "ra#icando lo"1 S;U en
#uncin de lo"1M para un par pol$meroAdisolente dado- usando mediciones de
#racciones conocidas deM. Cuando conocemosK y apara el par pol$mero K disolente-
podemos determinar con #acilidad la masa molar de cual,uier muestra de pol$mero a
partir del alor medido de la iscosidad intr$nseca. *a unidad utiliada com:nmente
para cJen estas ecuaciones es "
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VIII.- :i1(iogra,*a.
+isico,u$mica. LI*!9RT X. C'0T9**'.
9nciclopedia 9ncarta 23. HICRQ0Q+T.
Yu$mica *a Ciencia Central. !RQX *9 H'Z !ER0T9.
Cemical 9n"ineers[ and!oo=. RQ!9RT . P9RRZ