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
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 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 |
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
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En la figura
1.0 se ilustra la lista general de materiales y reactivos
|
Fig. (1.0) Lista general de materiales y reactivos.
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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.
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Figura 1.1
Cerrando el tubo de vidrio
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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 |
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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.
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Figura 1.3 El tubo con el mercurio,
fue
sostenido
con
las pinzas.
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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
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Figura 1.4
Determinación del
volumen
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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.
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Figura 1.5
Determinación de la temperatura
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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
|
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Una Hoja
de Aluminio |
|
Una Liga
|
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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.
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Figura 1.6
Determinación de la masa
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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.
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Figura 1.7
Evaporación del líquido volátil
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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.
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Figura 1.8
Condensación del líquido volátil
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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
-
Samuel H. Maron y Carl F. Prutton,
Fundamentos de Fisicoquímica, Décima edición, editorial Limusa, México 1979.
-
Alan S. Foust, Leonard A. Wenzel,
Curtis W. Clump, L. Bryce Andersen, Principios de Operaciones Unitarias, 3a. Edición, Compañía Editorial Continental, S. A. , México, 1969.
-
http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/applets/Hwang/ntnujava/term
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