ISO 28000/2006

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DE UNA SOLUCIÓN MEDIANTE EL MÉTODO DE LA BURETA

PAULA ESTRADA PALENCIA

ANDRES ESCAMILLA BURGOS

MELISSA ROMERO BAÑOS

GUSTAVO HOYOS PATERNINA

ING. QCO. DAIRO PÉREZ SOTELO

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

PROGRAMA DE QUÍMICA

MONTERÍA – 2013

RESUMEN EJECUTIVO

Inicialmente se procedió a calibrar la bureta que se utilizó para realizar la determinación de la viscosidad de una solución, calculando así los valores requeridos de α y β, para la posterior determinación de la viscosidad, a través de una sustancia conocida (H2O) a distintas temperaturas.

Después se prepararon soluciones a distintas concentraciones de etanol, incluyendo etanol puro y agua pura; haciéndolas pasar por la bureta a una distancia determinada, cuidando de colocar en la punta de la bureta una aguja de jeringa, y cronometrando el tiempo que tarda en recorrer cada solución la distancia estipulada. Con los datos obtenidos de tiempo, las constantes α y β y las densidades de los compuestos dados, se procede a calcular la viscosidad de las soluciones preparadas.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Calcular la viscosidad de una solución determinada a través del método de la bureta para así determinar la resistencia que presenta un líquido a fluir.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Calibrar la bureta en donde se realizará el análisis deseado usando una sustancia conocida a distintas temperaturas.

Preparar una serie de soluciones para calcular la viscosidad en cada una de ellas.

Comprender la importancia que posee la determinación de la viscosidad para una solución, así como su aplicación industrial.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La viscosidad es la resistencia que presentan las capas de los líquidos para deslizarse unas sobre otras. El coeficiente de viscosidad η es el parámetro que caracteriza la viscosidad.

La siguiente figura muestra dos capas de fluido de superficie S separadas una distancia L. Estas capas experimentan una fuerza de rozamiento FR cuando se desplazan a una velocidad relativa v.

El coeficiente de viscosidad η se define como:

En otras palabras, La viscosidad es la propiedad física que caracteriza la resistencia a fluir que presenta un fluido, cuanto mayor sea esta más lentamente fluirá el líquido. Es proporcional a la facilidad con que las moléculas individuales pueden moverse unas respecto a otras, por lo que en los líquidos tiende a disminuir con un aumento en la temperatura y a aumentar con la masa molar en una serie de compuestos emparentados.

En el caso de los gases de baja densidad, un aumento en la temperatura ocasiona un incremento en la viscosidad.

El hecho de que en cada punto de un fluido en movimiento exista un esfuerzo cortante y un gradiente de velocidad, sugiere que estas magnitudes pueden relacionarse. La reología es la rama de la ciencia que estudia esta dependencia.

La figura siguiente representa diversos aspectos del comportamiento reológico de fluidos, a temperatura y presión constantes:

Tensión de corte frente a gradiente de velocidad para fluidos Newtonianos y no Newtonianos.

El comportamiento más sencillo corresponde a la línea A: Fluidos Newtonianos. Lo presentan los gases y la mayor parte de líquidos y disoluciones. Las restantes curvas corresponden a Fluidos no Newtonianos. En los newtonianos, la constante de proporcionalidad recibe el nombre de Viscosidad, de modo que: (Ley de Newton del transporte de cantidad de movimiento). En los restantes, no tiene sentido hablar de viscosidad, aunque para ellos se define una viscosidad aparente.

Línea B: Algunos líquidos no fluyen hasta que alcanzan un esfuerzo cortante límite. Por debajo de él se comportan como un sólido, (suspensiones concentradas, mantequilla, algunas pinturas, pasta de dientes, pegamentos, etc.). Alcanzado ese límite, entonces fluyen linealmente. Se denominan Plásticos de Bingham. La ecuación que representa su comportamiento es: (K: viscosidad plástica).

Línea C: Esta línea representa el comportamiento de un fluido Pseudoplástico. Se caracterizan porque su viscosidad aparente parece que disminuye al aumentar la tensión de corte, es decir, fluiría más rápido cuando es alta. A este comportamiento responden los zumos, mermeladas, disoluciones de tenso activos, pinturas, caucho, etc. Normalmente son sustancias compuestas por macromoléculas alargadas que se orientan según una dirección al aplicarles un esfuerzo determinado.

Línea D: Esta línea representa el comportamiento de un fluido dilatante. Su viscosidad aparente parece que aumenta con . Son escasos los fluidos que responden a este comportamiento. Entre ellos están las suspensiones concentradas de arena fina en agua, el óxido de etileno en agua, el poliisobuteno, metacrilato de metilo en alcohol amílico, suspensiones de almidón, la goma arábiga, etc.

Se comportan así porque están compuestos por moléculas enmarañadas, que al cizallarlas aún se enmarañan más, o debido a las repulsiones eléctricas que aumentan con o bien, (en el caso de la arena) porque aumenta mucho el rozamiento entre las partículas sólidas al existir poco líquido entre ellas.

Ambos comportamientos, líneas C y D, se representan por la ecuación de Ostwald-de Waele: donde K' es el índice de consistencia de flujo, y n' es el índice de comportamiento de flujo (n'< 1 para pseudoplástico, n'>1 para dilatante).

Hay también otros fluidos, llamados fluidos estructurales, cuyos comportamientos son una mezcla de los anteriores, dependiendo del gradiente de velocidad.

HIPÓTESIS

¿Cuál es la importancia del cálculo de la viscosidad de un fluido?

Debido al crecimiento industrial con respecto a las operaciones unitarias, resulta de vital importancia reconocer el cálculo del coeficiente de viscosidad de una sustancia, ya que con base en éste se puede determinar la capacidad que tiene un fluido para fluir, y de esta manera se podría relacionar con la velocidad por medio de la cual se transporta un fluido. Además es de suma importancia diferenciar esta propiedad con respecto a los líquidos y a los gases, ya que así se permite el estudio de las reacciones químicas en las distintas fases de la materia.

MODELO MATEMÁTICO

η = α.ρ.t – β ρ/t Coeficiente de viscosidad

ρ = m/v

DISEÑO DE LA PRÁCTICA

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