CIENCIA    BÁSICA

EXPERIMENTAL    PARA

ESTUDIANTES    DE

INGENIERÍA    QUÍMICA

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Determinación de una Propiedad de Transporte

Viscosidad de un Gas

(Obtención y aplicación del peso molecular para el cálculo de una propiedad de transporte)


 
 
 
Por: Diego Edgar Castro Castro
21 de septiembre de 2005

RESUMEN

Determinamos la viscosidad de un líquido volátil, el cual en este caso fue la acetona, mediante la ecuación:

Para poder calcular la viscosidad de la acetona, tuvimos que emplear una segunda, la ecuación general de los gases  PV=nRT, mediante ésta obtuvimos que el peso molecular de la acetona fue de 57.35 g / mol, y con éste obtuvimos que la viscosidad del vapor de la acetona  fue de  8.092187626 E -5  g ˚K / mol cm².

INTRODUCCIÓN

 La Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

En la mecánica de fluidos intervienen las propiedades de transporte, las cuales son: la difusibilidad de la masa, la conductividad térmica, y la viscosidad absoluta de los gases, líquidos y sólidos.

Es posible  predecir las difusibilidades de masa y las conductividades de ciertos gases reales partiendo de datos de viscosidad, la viscosidad se define como la resistencia, que una parte de fluido ofrece al desplazamiento de la otra. Puede pensarse que es causada por la fricción interna de las moléculas  y está presente tanto en los gases ideales, como en lo reales y  líquidos.

El problema de este proyecto experimental consistió en determinar la viscosidad de un gas mediante la siguiente ecuación:

En donde:

 

PM = Peso molecular, g/ g-mole
T = Temperatura absoluta, ˚K
Ω1 = Integral de colisiones
σ  = Diámetro molecular en centímetros

PM fue determinado mediante la ecuación general de los gases:

PV  =  nRT 

n

 = W / PM
PV  = W/PM * nRT

                                                                                  

Siendo:

P  = Presión, atm
V  = Volumen, cm³.
T  = Temperatura, ˚K   
R  = Constante del estado gaseoso (82.06 atm cm³./ ˚K  g-mole)
n  = Numero de moles
PM  = Peso molecular, g/ g-mole
W  = Masa del vapor de acetona

DISEÑO EXPERIMENTAL

LISTA GENERAL DE MATERIALES Y REACTIVOS:

 

Material: Sustancias y Reactivos:
80 cm. de tubo de 7 ó 6 mm. de diámetro Mercurio (Hg.)
Vaso de precipitados de 250 ml Acetona (CH3COCH3)
Flexo metro Agua (H2O)

Jeringa  

 
Mechero  
Pinzas de presión  

Parrilla de Calentamiento 

 
Tubo de ensayo  
Manguera de goma  
Matraz de 50ml  
Una Hoja de Aluminio  
Una Liga  

 

En la figura 1.0 se ilustra la lista general de materiales y reactivos

 

 

Fig. (1.0) Lista general de materiales y reactivos.

 MATERIAL, SUSTANCIAS y REACTIVOS:

DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN: CONSTRUCCIÓN DEL BARÓMETRO

Material: Sustancias y Reactivos:
80 cm. de tubo de 7 ó 6 mm. de diámetro Mercurio (Hg.)
Flexo metro  
Tubo de ensayo  

Jeringa  

 
Mechero  
Pinzas de presión  
Manguera de goma  
Soporte universal  

METODOLOGÍA:

            

             Después de que cortamos el tubo de vidrio (80cm.), y de haberlo cerrado por uno de sus extremos, calentándolo con el mechero, como lo muestra la figura 1.1.

 

Figura 1.1 Cerrando el tubo de vidrio

 

 

            Lo llenamos totalmente de mercurio Figura 1.2. Una vez hecho esto fue introducido en el tubo de ensaye y lo tomamos por cada uno de sus extremos, invirtiéndolo y  colocándolo sobre la base del soporte universal

Figura 1.2  Llenado del tubo de vidrio

 

          Inmediatamente, se sostuvo el tubo del mercurio con la pinzas de presión, como lo muestra la figura 1.3. Para finalmente, medir con el flexómetro la columna del mercurio que permaneció en el tubo de vidrio.

Figura 1.3  El tubo con el mercurio, fue sostenido con las pinzas.

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN

Material: Sustancias y Reactivos:
Probeta Agua (H2O)
Matraz de 50ml  

METODOLOGÍA:

            

             Para medir el volumen del vapor del líquido volátil, llenamos  el matraz del experimento con agua hasta el borde del mismo, después vertimos el agua en la probeta graduada, y así especificamos el volumen de dicho matraz, esto se muestra en la figura. 1.4

 

Figura 1.4 Determinación del volumen

DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA

Material: Sustancias y Reactivos:
Termómetro de inmersión parcial Acetona (CH3COCH3)
Parrilla de Calentamiento  Agua (H2O)
Vaso de precipitados de 250 ml  
Pinzas de presión  

Tubo de ensayo

 
Soporte universal  
Piedritas de ebullición  

METODOLOGÍA:

            

               Se colocaron 10ml de acetona en un tubo de ensaye en un baño maría. El termómetro fue sumergido en la acetona, y cuando la acetona comenzó a  ebullir, y la temperatura fue constante se determinó el punto de ebullición, este procedimiento es ilustrado con la figura 1.5.

 

Figura 1.5 Determinación de la temperatura

DETERMINACIÓN DE LA MASA

Material: Sustancias y Reactivos:
Parrilla de Calentamiento  Acetona (CH3COCH3)
Soporte universal Agua (H2O)
Vaso de precipitados de 250 ml  
Pinzas de presión  

Matraz de 50ml

 
Una Hoja de Aluminio  
Una Liga  

METODOLOGÍA:

            

              Para medir la masa de la acetona: Se pesó el matraz, con la hoja de aluminio y la liga colocadas en el matraz, este procedimiento es ilustrado con la figura 1.6.

 

Figura 1.6 Determinación de la masa

EVAPORACIÓN DEL LÍQUIDO VOLÁTIL

          

             Adicionando 5 ml. de acetona en el matraz, y sellado con la hoja de aluminio agujerado y sujetado por la liga, el matraz fue sumergido en un baño maría. Éste fue sujetado al soporte universal con las pinzas, y calentado hasta la total evaporación del líquido volátil, según la figura 1.7.

 

Figura 1.7 Evaporación del líquido volátil

CONDENSACIÓN  DEL LÍQUIDO VOLÁTIL

          

              Se calentó este sistema un lapso de tiempo, hasta que la acetona se evaporó totalmente, después de esto, el matraz fue colocado en hielo para enfriarlo (figura 1.8), una vez logrado lo anterior, fue pesado, y comparado el primer resultado, con el segundo, para así determinar la masa de la acetona.

 

Figura 1.8 Condensación del líquido volátil

RESULTADOS EXPERIMENTALES

Variables: Valor:
Presión 0.7497 atm.
Volumen 62 cm³
Temperatura 326 ˚ K
Masa 9.9 * 10 ˉ ³ g.

σ 

4.997 * 10 -8 cm.
Ω 1.8

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES

EL resultado obtenido mediante nuestros datos recabados del peso molecular fue de 57.35 g/mol, y el peso molecular teórico cuyo valor es de  58.03 g/mol, explicamos esta ligera variación, debido a las condiciones en que se realizó el experimento, la presión utilizada fue determinada en el laboratorio. En cuanto a la temperatura de ebullición, nuestro dato experimental fue 326˚ K y la teórica es de 326.2˚ K lo cual es un tanto incorrecto. Con respecto a la masa deducimos que este es un valor aproximado a la masa teórica. La obtenida experimentalmente fue  9.9 * 10ˉ³g, lo cual no representa una gran variación, para determinar este valor tuvimos que repetir esta parte del experimento tres veces,  así que por lo tanto el valor de nuestro valor experimental no varió de manera muy significativa debido a la masa obtenida experimentalmente

CONCLUSIÓN

La hipótesis propuesta fue demostrada a través de la ecuación general de los gases, la cual fue planteada para obtener el peso molecular de la sustancia volátil que en este caso para nosotros fue la acetona, nos permitió obtener un valor aproximado de la viscosidad  del vapor de nuestro liquido volátil, al real la cual fue de 8.092187626 * 10 -5  g ˚K / mol cm², ya que en la ecuación de la viscosidad el peso molecular, es directamente proporcional a ésta,  y éste fue el único dato experimental obtenido para dicha ecuación ya que las demás variables que se encuentran en la misma fueron determinados a través  de valores establecidos en tablas,  y como el peso molecular fue el único dato experimental el cual es muy aproximado al real, decimos que la viscosidad obtenida de la acetona es una valor aproximado al real.

RECOMENDACIONES

Nosotros recomendamos: Tener suma precaución en la determinación de la masa, ya que esta parte del experimento, representa un mayor grado de dificultad con respecto a las demás, ya que  debemos dejar que el recipiente que contiene el vapor del liquido volátil enfrié perfectamente, para esto recomendamos utilizar hielos, y después limpiar perfectamente la humedad del recipiente, para evitar una variación al medir el peso de éste.

BIBLIOGRAFÍA

 

 

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