UNIVERSIDAD PERUANA UNION FACULTAD DE INGENERIA Y ARQUITECTURA E.A.P. Ingeniería de Alimentos PRACTICA 1 Viscosidad del agua Practica presentada como parte de la asignatura de Fisicoquímica Autor Alumno: Victor Raúl Apaza Mamani Profesor (a) Ing. Enrique Mamani Cuela
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UNIVERSIDAD PERUANA UNION
FACULTAD DE INGENERIA Y ARQUITECTURA
E.A.P. Ingeniería de Alimentos
PRACTICA 1
Viscosidad del agua
Practica presentada como parte de la asignatura de
Fisicoquímica
Autor
Alumno: Victor Raúl Apaza Mamani
Profesor (a)
Ing. Enrique Mamani Cuela
Juliaca, Octubre de 2012
Viscosidad del agua
I. Introducción.
Los alimentos pocas veces tienen propiedades reológicas simples además, la
mayoría de sus medidas están referidas a las condiciones arbitrarias impuestas
por un instrumento específico lo que se mide, generalmente, no es un
parámetro reológico puro sino la manera en la cual varían las propiedades bajo
algunos sistemas estandarizados de fuerzas aplicadas (Pérez 2009, p.13).
La práctica de viscosidad es una práctica muy importante en el sentido
industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes físicas y químicas
que nos permite entender porque tal compuesto es más espeso que otro, o
porque un compuesto es utilizado como lubricante, etc. (Citado por Huamani
2011, p.15)
Los propósitos de este experimento son, el determinar la viscosidad para la
determinación de la viscosidad utilizaremos el viscosímetro de Ostwald, al cual
se le introducirán los líquidos y luego soplando ligeramente estos llegaran por
encima de la marca que se encuentra arriba del bulbo superior y
posteriormente con la ayuda de un cronometro se tomara el tiempo que tarda
el líquido en recorrer el viscosímetro, desde la marca que se encuentra arriba
del bulbo superior hasta la marca que se encuentra abajo del bulbo superior.
I.1. Objetivos:
- Conocer el procedimiento para determinar la viscosidad por medio de los
viscosímetro de Ostwald.
- Comprobar la influencia de la temperatura sobre la viscosidad del agua a
temperatura ambiente, a 30°C y 50°C.
- Familiarizar a los aprendices en la Viscosidad del agua.
II. Fundamento.
II.1. La Viscosidad.
Según Ruiz (2006 p. 25) menciona que la viscosidad es una propiedad
asociada a la fricción o razonamiento interno de las sustancias que fluyen , se
miden fácilmente en las condiciones de flujo laminar el flujo laminar es el que
puede considerarse formado por delgadas laminas que fluyen unas sobre otras
a velocidades diferentes , cuando el flujo no sigue este esquema se llama
turbulento.
Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad, la
cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un líquido,
resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia la
viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del
movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente
distinta de la atracción molecular ,se puede considerar como causada por la
fricción interna de las moléculas y se presenta tanto en gases ideales como en
líquidos y gases reales (Guzmán y otros 2008, p. 27).
II.2. Viscosidad en los Líquidos.
Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y en
consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos los
coeficientes de viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto
que los de la mayoría de líquidos, disminuyen asimismo se ha visto que los
coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son
esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los líquidos el
aumento en la presión produce un incremento de viscosidad estas diferencias
en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el
factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no
la transferencia de impulso (Citado por Huamani 2011, p.15).
III. Materiales y Métodos.III.1. Materiales.
3.1.1. Insumo.- Agua destilada a temperatura ambiente, 30°C y 50°C.
3.1.2. Materiales de vidrio y plástico.- Vaso de precipitado.
- Piseta.
3.1.3. Equipos.- Viscosímetro de Ostwald.
- Termómetro.
- Baño maría.
III.2. Metodología.3.2.1. Lugar de ejecución.
El lugar donde se llevó a cabo la práctica de Viscosidad del agua fue en el
laboratorio de química de la Universidad Peruana Unión – Juliaca.
3.2.2. Procedimiento.
La práctica consiste en saber cuan viscoso es la muestra por el método de
Ostwald para esto hicimos lo siguiente, primeramente adquirimos todos los
instrumentos que necesitábamos luego pasamos a la parte experimental que
consiste en:
- En primer lugar el viscosímetro debe estar completamente seco.
- Tomar lectura de las muestra a temperatura ambiente.
- Posteriormente con una piseta, llenar el depósito del viscosímetro con el
líquido problema (agua).
- Se le llena hasta el menisco sugerido.
- Soplar el líquido problema hasta el aforo.
- Tomar lectura del tiempo que tarda el líquido en bajar desde la marca
superior pasando por el segundo depósito, hasta la marca inferior.
- Repetir el procedimiento para realizar un promedio de los resultados.
- En un baño maría, colocar agua y calentarla hasta una temperatura de
30°C y 50°C.
- Ya que la temperatura del agua permanezca constante o con poca
variación, repetir los pasos 2, 3, 4, 5,6 y 7.
- Calculo: Viscosidad = densidad del agua a una temperatura x tiempo
transcurrido.
Así sucesivamente se llevó a cabo la práctica hasta hacer 3 repeticiones de
cada uno, para luego llevar los datos de los tiempos para reemplazar en la
fórmula para hallar la viscosidad y luego a un análisis estadístico para calcular
la media, la desviación estándar y la varianza.
3.2.3. La densidad conocida del agua.
Para los cálculos respectivos se necesitaran de datos como la densidad del
agua aquí en esta (figura 1) podemos observar las densidades del agua a
diferentes temperatura que nos servirán mucho en el reemplazo de datos.
Figura 1 – Densidad del agua
3.2.4. Viscosímetros.
3.2.4.1. Viscosímetro de Ostwald.
Es el más antiguo de los viscosímetros capilares de vidrio (ver figura 2)
como ocurre en general en este tipo de viscosímetros la fuerza impulsora
es la gravedad, se utiliza para líquidos newtonianos la determinación de
la viscosidad está basada en el tiempo que tarda determinado volumen
del líquido en fluir a través de un orificio tiene la limitación de que para
cada intervalo pequeño de viscosidad se necesita un aparato con un
diámetro diferente en el orificio de salida, por lo que hay que trabajar con
una serie de estos conociendo todas las medidas del viscosímetro se
puede calcular la viscosidad absoluta aplicando la fórmula de Hagenbach
Poiseville.
Como los líquidos newtonianos no necesitan más fuerzas que de la
gravedad para comenzar a fluir, en el caso de usar una bureta, deben
dejarse caer ambos líquidos desde una misma marca; por ejemplo, desde
cero, hasta el volumen deseado.
Figura 2- Viscosímetro de Ostwald
3.2.4.2. Viscosímetro Stormer.
Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el
viscosímetro Stormer (figura 3). En este equipo se introduce la sustancia a
analizar en el espacio comprendido entre un cilindro fijo (externo) y uno
móvil (rotor interno) el rotor es accionado a través de unas pesas y se mide
el tiempo necesario para que este rotor gire 100 veces.
Mientras mayor es la viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a
deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las
100 revoluciones. Puede demostrarse a través del análisis del fenómeno y
de las características constructivas del equipo que la viscosidad Absoluta
en cP es μ = 0,0262827∙m∙t, donde m es la masa colocada en el cuelga-
pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 100
revoluciones.
Figura 3 - Viscosímetro Stormer
3.2.1.1. Viscosímetro Synchrolectric de Brookfield.
Su funcionamiento se basa en la rotación de una aguja o cilindro dentro del
material de prueba el dial del instrumento esta graduado de manera tal que
Plataforma
Móvil
Tacómetro
Portapesas
Cilindro Fijo
Rotor
la lectura, multiplicada por un factor, da directamente la viscosidad en
centipoises el aparato está accionado por un motor sincrónico de baja
velocidad y alto torque.
El mecanismo del tren de engranaje permite diferentes aumentos de cizalla
con lo que podemos medir un amplio intervalo de viscosidad con el mismo
instrumento. Materiales no newtonianos (Tixotrópicos, dilatantes, plástico)
pueden ser medidos a diferentes valores de cizalla, fácil y rápidamente,
cambiando la aguja, o la velocidad, o ambos. Existen en el comercio
diferentes tipos de viscosímetros Brookfield equipados con diferentes agujas
y que trabajan a varias velocidades.
Los modelos LV vienen con 4 agujas y de 4 a 8 velocidades las agujas se
atornillan en el pivote del cabezal, operación que debe hacerse con mucho
cuidado para no dañar el mecanismo el dial esta graduado en divisiones
simétricas de 0 a 100 y posee un apuntador.
3.2.1.2. Viscosímetro Saybolt.
Uno de los dispositivos existentes para hallar esta propiedad es el
viscosímetro Saybolt (figura 4), en el cual la muestra a analizar se introduce
en un cilindro con un orificio en su parte inferior (de 1/8 o 1/16”) el fluido se
deja escurrir a través del orificio y se mide el tiempo. Para las sustancias
poco viscosas se usa el orificio de 1/16” y el tiempo medido es denominado
segundos Saybolt Universal (SSU), mientras que para los fluidos más
viscosos se utiliza el orificio de 1/8” y el tiempo cuantificado es llamado
Segundos Saybolt Furol (SSF).
Para transformar estos SSU o SSF a las unidades convencionales de
viscosidad cinemática, se pueden usar las siguientes ecuaciones: υ =
SSU/4,6347 = SSF/0,4717.
Figura 4 - Viscosímetro Saybolt
GASTON PONS MUSSO.Fisicoquimica. Sexta edición.
3.2.1.3. Viscosímetro de tubo capilar.
Consiste en dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro
pequeño conocido como tubo capilar ,conforme al fluido fluye a través del
tubo con una velocidad , el sistema pierde energía, ocasionando una
caída de presión la magnitud de la caída de presión está relacionada con
la viscosidad del fluido mediante una ecuación.
3.2.1.4. 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 se
basa en una ecuación .
3.2.2. Cálculos.
Los datos los calculamos en Microsoft Excel para un rápido cálculo en la
siguiente la tabla.
Para hallar la media es lo siguiente:
- Primeros recoges datos, como en este caso sería nuestros pesos de
muestras repeticiones.
- A continuación lo resuelves la siguiente formula.
Media = a la suma de todos los datos
el número de repeticiones
Para hallar la desviación estándar:
DS=√∑(Xi−Media)2
n−1
Dónde:
- ∑(Xi−Media)2 es sumatoria del peso menos la media elevado al
cuadrado.
- n -1 es la cantidad de lecturas menos 1.
3.2.2.1. Reproducibilidad.
Es la característica de una metodología, que aplicada por diferentes
operadores en distintas oportunidades y diferentes lugares permite
obtener resultados similares.
IV. Resultados y Discusiones.IV.1. Resultados.
Para los rápidos cálculos de los datos utilizamos el Microsoft Excel que nos
ayudó bastante en esta práctica.
4.1.1. Datos de la práctica.
Datos de para hallar la viscosidad mediante Ostwald a temperatura ambiente
fue de 20.9 °C para obtener estos datos hicimos lo siguiente ya una vez
llenado el agua, en el equipo de Ostwald , soplamos hasta el foro luego
controlamos el tiempo hasta que baje del menisco indicado y este proceso
repitió y obtuvimos 3 repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver tabla -
1.
Tabla 1 – Temperatura ambiente
Temperatura (°C) Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.)
20.9 1000 43
20.9 1000 42
20.9 1000 44
Datos de para hallar la viscosidad mediante Ostwald a temperatura de 30°C
para obtener estos datos hicimos lo siguiente ya una vez llenado el agua, en el
equipo de Ostwald , soplamos hasta el foro luego controlamos el tiempo hasta
que baje del menisco indicado y este proceso repitió y obtuvimos 3
repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver tabla - 2.
Tabla 2 – A temperatura de 30°C.
Temperatura (°C) Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.)
30 995.71 35
30 995.71 37
30 995.71 36
Datos de para hallar la viscosidad mediante Ostwald a temperatura de 50°C
para obtener estos datos hicimos lo siguiente ya una vez llenado el agua, en el
equipo de Ostwald , soplamos hasta el foro luego controlamos el tiempo hasta
que baje del menisco indicado y este proceso repitió y obtuvimos 3
repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver tabla - 3.
Tabla 3 – A temperatura de 50°C.
Temperatura (°C) Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.)
20.9 988.92 28
20.9 988.92 27
20.9 988.92 30
4.1.2. Cálculo para hallar la viscosidad, la media, la desviación estándar y la varianza.
Para calcular los datos obtenidos, se utiliza las siguientes fórmulas para hallar
la viscosidad:
η=ηH 2O. ρ . t
ρH2O.
η=ρ .t
Donde:
η: Viscosidad dinámica.
ρ :Densidad.
t :Tiempo que recorre en el viscometro.
Se obtuvo que:
- A temperatura ambiente (20.9°C).
Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.) ρ . t η(Centipoise)
1000.00 43 1000.00 x 43 43000
1000.00 42 1000.00 x 42 42000
1000.00 44 1000.00 x 44 44000
- A temperatura de (30°C).
Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.) ρ . t η(Centipoise)
995.71 35 995.71 x 35 34849.85
995.71 37 995.71 x 37 36841.27
995.71 36 995.71 x 36 35845.56
- A temperatura de (50°C).
Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.) ρ . t η(Centipoise)
988.92 28 988.92 x 28 27689.76
988.92 27 988.92 x 27 26700.84
988.92 30 988.92 x 30 29667.6
En las siguientes tablas nos muestra la media, la desviación estándar y la
varianza para así saber la exactitud y la precisión de los datos que obtuvimos
de las repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver la tablas (4, 5,6).
Tabla 4 – cálculo de la media, la desviación estándar a temperatura ambiente.
Determinación de la media y desviación estándar en la viscosidad del agua
Lectura (n)
Datos de la viscosidad (Xi) (Xi - Media ) (Xi - Media ) ^2
1
43000 0 0
2
42000 -1000 1000000
3
44000 1000 1000000
∑Xi =129000∑(Xi - Media ) ^2
=2000000
La fórmula que utilizamos para calcular la media fue:
Media = ∑Xi
n
Dónde:
- ∑ Xi es la sumatoria de datos.
- n es el número de lectura.
Remplazando los datos seria entonces:
Media = 129000
3
Media = 43000
La fórmula que utilizamos para la desviación estándar fue:
DS=√∑(Xi−Media)2
n−1
Dónde:
- ∑ (Xi−Media)2 es sumatoria del peso menos la media elevado al
cuadrado.
- n -1 es la cantidad de lecturas menos 1.
Remplazamos los datos.
DS=√ 20000002
DS= 1000
Tabla 5 – cálculo de la media, la desviación estándar a temperatura de 30°C.
Determinación de la media y desviación estándar en la viscosidad del agua
Lectura (n)
Datos de la viscosidad (Xi) (Xi - Media ) (Xi - Media ) ^2
1
34849.85 -995.71 991438.404
2
36841.27 995.71 991438.404
3
35845.56 0 0
∑Xi =107536.68∑(Xi - Media ) ^2
=1982876.81
La fórmula que utilizamos para calcular la media fue:
Media = ∑Xi
n
Dónde:
- ∑ Xi es la sumatoria de datos.
- n es el número de lectura.
Remplazando los datos seria entonces:
Media = 107536.68
3
Media = 35845.56
La fórmula que utilizamos para la desviación estándar fue:
DS=√∑(Xi−Media)2
n−1
Dónde:
- ∑(Xi−Media)2 es sumatoria del peso menos la media elevado al
cuadrado.
- n -1 es la cantidad de lecturas menos 1.
Remplazamos los datos.
DS=√ 1982876.812
DS= 995.71
Tabla 6 – cálculo de la media, la desviación estándar a temperatura de 50°C.
Determinación de la media y desviación estándar en la viscosidad del agua
Lectura (n)
Datos de la viscosidad (Xi) (Xi - Media ) (Xi - Media ) ^2
1
27689.76 -329.64 108662.53
2
26700.84 -1318.56 1738600.47
3
29667.6 1648.2 2716563.24
∑Xi =84058.2∑(Xi - Media ) ^2
=4563826.24
La fórmula que utilizamos para calcular la media fue:
Media = ∑Xi
n
Dónde:
- ∑ Xi es la sumatoria de datos.
- n es el número de lectura.
Remplazando los datos seria entonces:
Media = 84058.2
3
Media = 28019.4
La fórmula que utilizamos para la desviación estándar fue:
DS=√∑(Xi−Media)2
n−1
Dónde:
- ∑(Xi−Media)2 es sumatoria del peso menos la media elevado al
cuadrado.
- n -1 es la cantidad de lecturas menos 1.
Remplazamos los datos.
DS=√ 4563826.242
DS= 1510.60
4.1. Discusiones.
Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma de los
recipientes que los contiene cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden
soportar fuerzas tangenciales o cortantes , todos los fluidos son compresibles en
cierto grado y ofrecer poco resistencia a los cambios de forma (Giles et all., 1994).
20.9 20.9 20.9 30 30 30 50 50 500
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
T°C
promedioTemperatura (°C)viscosidad(η)
𝜂(cp)
Figura 5 – Viscosidad del agua en función de la temperatura
De acuerdo a la gráfica se hace notar que la viscosidad de un líquido
disminuye cuando se le aplica un aumento de temperatura.
De los métodos que podemos utilizar para conocer la viscosidad de un fluido
Newtoniano es usando como referencia un líquido en el cual conozcamos su
viscosidad y densidad, en este caso el líquido de referencia fue agua.
El viscosímetro de Ostwald determina la viscosidad gracias al uso del tiempo
en que tarda en pasar el líquido de la marca de un bulbo a otra.
La precisión de los datos obtenidos nos quiere decir que la determinación de la
media nos indica en promedio de datos reemplazados con una densidad ya
conocida para hallar la viscosidad por lo tanto decimos que la media de los tres
casos es la siguiente:
Media a temperatura ambiente (20.9°C)= 43000
Media a temperatura de 30°C = 35845.56
Media a temperatura de 50°C = 28019.4
El valor de la desviación estándar se toma como la incertidumbre absoluta
este caso la incertidumbre de la viscosidad del agua fue:
DS a temperatura ambiente (20.9°C )= 1000
DS a temperatura de 30°C = 995.71
DS a temperatura de 50°C = 1510.60
5. Conclusiones y Recomendaciones.5.1. Conclusiones.
En base a esta práctica de laboratorio podemos concluir que para conocer el
procedimiento para determinar la viscosidad por medio de los viscosímetro de
Ostwald es muy simple de utilizar consiste en soplar el líquido hasta el aforo y
luego controlar el tiempo en que baja el líquido hasta la medida indicada en el
quipo en la parte inferior y luego la viscosidad se halla mediante una ecuación.
Ya sabiendo los resultados reemplazados por los datos podemos decir que para
comprobar la influencia de la temperatura sobre la viscosidad del agua a
temperatura ambiente(20.9°C), 30°C y 50°C , que viscosidad de un líquido
disminuye cuando se le aplica un aumento de temperatura según la figura 5.
Además de los cálculos ya sacados con la ayuda de una calculadora y el programa
de Microsoft Excel nos hemos familiarizado con el concepto de viscosidad y los
tipos de viscosímetros.
5.2. Recomendaciones.
Para las recomendaciones se debe tomar en cuenta que para un análisis
determinado (la viscosidad ) , se debe tomar en cuenta muchos factores para no
cometer muchos errores y por supuesto la manipulación de los mismos, por tanto
antes de comenzar a trabajar se debe calibrar el material a utilizar, para saber si el
mismo está apto para su utilización.
También hay que tomar en cuenta que el material de vidrio no debe ser sometido a
temperaturas muy altas ni muy bajas, ya que el factor temperatura afecta
radicalmente el material, es decir, si sometemos el material a temperaturas muy
elevadas con respecto a la temperatura ambiente las moléculas del material de
vidrio se expanden dilatan.
Referencias.
Guzmán Padilla Joadis Polanco Ortega HebertoRico Cárdenas Juan Carlos (2008)
VISCOSIDAD Fisicoquímica—semestre III—Biología Universidad De sucre, Sucre,
Colombia pag. 27.
GASTON PONS MUSSO.Fisicoquimica. Sexta edicion.
(Giles et all., 1994).
Huamani T. Gumercindo (2011) Universidad nacional del callao . Facultad de Ingeniería
Química , Asignatura Fisicoquímica I- Pag. 15
Pérez S. Elevina (2009) Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias.
Escuela de Biología. Departamento de Tecnología de Alimentos. Asignatura
Análisis de Alimentos pag.13.
Ruiz Martinez Richard S. (2006) Universidad autónoma metropolitana ,unidad Iztapalapa
división de ciencias básicas e ingeneria química – laboratorio de mecánica de