UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO(Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán) Nombre del alumno: Galicia Pérez Miriam Jazmine. Carrera: Ingeniería Química. Número de cuenta: 414009066. Segundo Semestre. Grupo: 2201-D. Nombre del profesor: Zúñiga Gómez Leticia. Materia: Laboratorio de Equilibrio Químico. Nombre del trabajo: Teoría Previa de la actividad experimental no.- 1 (Propiedades termodinámicas). ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 1 (PROPIEDADES TERMODINÁMICAS) 1. Establezca con que variables termodinámicas se puede caracterizar a un sistema. Las variables termodinámicas o variables de estado son las magnitudes que se pueden elegirse distintos conjuntos de variables termodinámicas para describirlo.emplean para describir el estado de un sistema termodinámico. La conversión entre las dos escalas es: T (K) = t (ºC) + 273. la energía interna y la entropía son funciones de estado. Las funciones de estado pueden verse como propiedades del sistema. la temperatura es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor cuando dos cuerpos se ponen en contacto. Su conversión a metros cúbicos es: 1 l = 10-3 m3. Presión (p): Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular a su superficie. aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia. Variables extensivas e intensivas En termodinámica. es ampliamente utilizada. El calor y el trabajo no son funciones de estado. ya que su valor depende del tipo de transformación que experimenta un sistema desde su estado inicial a su estado final. Por ejemplo. una variable extensiva es una magnitud cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe. estas variables son: Masa (m ó n): es la cantidad de sustancia que tiene el sistema. Función de estado Una función de estado es una propiedad de un sistema termodinámico que depende sólo del estado del sistema. En el Sistema Internacional se mide en kelvin (K). Una variable intensiva es aquella cuyo valor no depende del tamaño ni la cantidad de materia del sistema. Temperatura (T ó t): A nivel microscópico la temperatura de un sistema está relacionada con la energía cinética que tienen las moléculas que lo constituyen. tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas del mismo. Su conversión a pascales es: 1 atm ≅ 105 Pa. En el Sistema Internacional se expresa respectivamente en kilogramos (kg) o en número de moles (mol). En el Sistema Internacional se expresa en metros cúbicos (m 3). En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa). Esta magnitud puede ser expresada como suma de las magnitudes de un conjunto de subsistemas que formen el sistema original. La temperatura y la presión son variables intensivas. Por ejemplo la masa y el volumen son variables extensivas. Volumen (V): es el espacio tridimensional que ocupa el sistema. La atmósfera es una unidad de presión comúnmente utilizada. mientras que las funciones que no son de estado representan procesos en los que las . Es decir. En el caso de un gas. y no de la forma en que el sistema llegó a dicho estado. Si bien el litro (l) no es una unidad del Sistema Internacional. Macroscópicamente. Dependiendo de la naturaleza del sistema termodinámico objeto de estudio. de tal manera que puede obtenerse un volumen con gran precisión. Los factores principales que afectan a la densidad son la temperatura y la presión: Temperatura: Esta afecta a la densidad de los líquidos. si la masa es constante. 3. Alcoholímetros El alcoholímetro es un tipo especial de instrumento usado para determinar el nivel de alcohol presente en un líquido o gas. Puede por tanto ser usado para medir el porcentaje de alcohol en una bebida alcohólica o para determinar la presencia de alcohol en la sangre o en un gas. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. funciones de estado varían. si aumenta la presión aumenta la densidad. más denso de vuelve. Las moléculas en los líquidos más fríos están más cerca que en los líquidos calientes. Explique que es la densidad y que factores la afectan. Presión: Para gases. Esto permite medir la densidad de un fluido. en referencia a la de un fluido de densidad conocida como el agua o el mercurio. el aumento y descenso de presión es proporcional a la densidad de los gases. Picnómetro Es un frasco con un cierre sellado de vidrio que dispone de un tapón provisto de un finísimo capilar. ρ=m/v La unidad es kg/m3 en el SI. Ecuaciones a utilizar Instrumentos a utilizar . Si disminuye la presión disminuye la densidad porque aumenta el volumen. las moléculas están tan juntas que el agua se convierte en sólida. las moléculas están tan distantes que se convierten en vapor. Investigue los distintos métodos para determinar la densidad de líquidos. 2. Por ejemplo. en el agua congelada. En el vapor de agua. La densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. porque disminuye el volumen. Cuanto más frío es el líquido. Coloque la tapa respectiva (el brazo lateral de algunos picnómetros permite la salida del excedente de muestra) seguidamente. con sedimento o productos especiales como las pinturas. 6. A través de la diferencia entre m1 y m2 se obtiene la masa del líquido y según la capacidad del picnómetro se conoce el volumen a la temperatura de trabajo (t). así como el cálculo de la densidad. Los picnómetros de vidrio se usan para medir la densidad de los líquidos no viscosos. .Picnómetro metálico. llene el picnómetro hasta el borde inferior del cuello. si es necesario. se utilizan picnómetros metálicos. es un instrumento que sirve para determinar la gravedad específica de los líquidos..Método operatorio A. 4. 3. El procedimiento para su uso. 2.. B. es el mismo detallado en la sección anterior. Un picnómetro de vidrio es un pequeño frasco de vidrio de volumen exacto y conocido (Vp). Pese el picnómetro lleno (m2) y anote la temperatura de trabajo. sosteniéndolo en alto y evitando el derrame de la muestra. o densímetro. limpio y seco (m1). C.Picnómetro de vidrio. limpie y seque el cuerpo del picnómetro cuidando de emplear papel absorbente libre de pelusas. Se pesa el picnómetro vacío. En el caso de líquidos viscosos. Típicamente está hecho de vidrio y consiste de un cilindro y un bulbo pesado el cual hace que flote derecho. Una vez concluida la actividad.. 5. 1. Con la muestra a la temperatura previamente establecida.Hidrómetro Un hidrómetro. vaciar el contenido del picnómetro y lavar. es decir. cuidadosamente. gramo por centímetro cúbico (g/cm3). La densidad del agua es aproximadamente 1 kg/L (1000 g/dm3 = 1 g/cm3 = 1 g/mL). Mida la temperatura de la muestra. 4.0082atml/molk En el Sistema anglosajón de unidades: onza por pulgada cúbica (oz/in3) libra por pulgada cúbica (lb/in3) libra por pie cúbico (lb/ft3) libra por yarda cúbica (lb/yd3) libra por galón (lb/gal) libra por bushel americano (lb/bu) . Introducir. Son aparatos que miden la concentración de alcohol de una mezcla hidro-alcohólica. que equivale a (g/cm3). La lectura se realiza donde la superficie del líquido intercepte la graduación del vástago. idealmente debe ser igual a la temperatura estándar de calibración. con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales: R=0. Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm3) o gramo por litro (g/L). 3.Alcoholímetros. 4. Tome el hidrómetro por el extremo superior del vástago con las manos limpias de tal forma que quede vertical. D.1. Mencione las distintas escalas para expresar la densidad de líquidos. Vierta una cantidad de líquido a analizar (aprox. gramo por mililitro (g/mL). 2. Las unidades de medida más usadas son: En el Sistema Internacional de Unidades (SI): kilogramo por metro cúbico (kg/m3). en el cilindro y dejar que flote en la muestra permitiéndole oscilar hasta el reposo. en el borde superior del menisco.. 500ml) en una jarra alta 0 cilindro graduado. kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. La escala Gay- Lussac indica el tanto por ciento de alcohol puro en volumen de una mezcla de alcohol y agua cualquiera. que generalmente es de 15(C (60(F). p2) es proporcional a la densidad del líquido en estudio. tanto más rápidamente como sea el tamaño de sus moléculas. el contenido de alcohol de productos destilados en porcentaje de volumen. a diferencia de los sólidos. depende de la velocidad de corte (dvx/dy) 8. el contenido de azúcar en bebidas carbonatadas. lo que significa que al ser sometidos a una fuerza. que muestra una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza. 1) En general la viscosidad es función de la Temperatura y presión. (incluir viscosímetro de Ostwald). agua). Numere los factores de los cuales depende la viscosidad. se puede demostrar que para un volumen total dado de un líquido: donde t es el tiempo en que el menisco superior cae de la marca superior del viscosímetro a la inferior (de A a B) y K es una constante del aparato que debe determinarse por calibración con un líquido de viscosidad conocida (por ejemplo. el control de un proceso de fermentación. como un líquido. barnices y materiales de recubrimiento.p2) es la diferencia de presiones entre los dos extremos del tubo. Explique que es la viscosidad. Para un fluido virtualmente incompresible. de la misma forma que la conductividad térmica 2) Además depende de la composición del fluido y en algunos casos. En este tipo de viscosímetros. Dado que (p1 . Si son más grandes. y (p1 . sus moléculas se desplazan. La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento. *VISCOSÍMETRO DE OSTWALD El método mas sencillo para medir viscosidades es mediante un viscosímetro de Ostwald. la preparación de pinturas. Comente algunas aplicaciones de la determinación de la densidad. Comente los diferentes métodos para la determinación de la viscosidad y el principio en el que se basan. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a fluir. este flujo está gobernado por la ley de Poiseuille de la forma: donde dV/dt es la velocidad de flujo del líquido a lo largo de un tubo cilíndrico de radio r y de longitud L. slug por pie cúbico. 5. la calidad de los productos y lubricantes del petróleo. la composición de productos farmacéuticos. más viscosidad poseen. Los líquidos. La medición de densidad de los líquidos tiene un gran uso para la determinación de la calidad de un producto. 6. se determina la viscosidad de un líquido midiendo el tiempo de flujo de un volumen dado V del líquido en un tubo capilar bajo la influencia de la gravedad. . se caracterizan por fluir. lo harán más lentamente. 7. donde se encuentra el líquido cuya viscosidad ha de determinarse.s . se puede determinar la viscosidad de un líquido. Esta basado en una modificación del Viscosímetro de bola. *VISCOSÍMETRO COUETTE O HATSHEK Consiste en un cilindro suspendido por un filamento elástico. al cual va unido un espejo para determinar el ángulo de torsión en un modelo. Se retira la succión y se permite al líquido fluir bajo el efecto de la gravedad. en este principio se basa el viscómetro universal de Saybolt. En este caso la viscosidad se calcula multiplicando el tiempo del flujo por la constante de calibración del viscómetro (esta constante la proporciona el fabricante) *VISCÓMETRO UNIVERSAL DE SAYBOLT La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una ubicación de su viscosidad. Hacer para cada líquido un mínimo de 3 medidas independientes. La muestra de fluido se coloca en un aparato como el que se muestra en la figura: Después de que se establece el flujo. 5. Puesto que la medición no esta basada en la definición fundamental de viscosidad.13 El valor de la constante K depende del tipo de esfera a utilizar: Rango de Esfera Diámetro Peso Densidad Constante K m # Material (mm) (g) (g/cm3) (mPas/cm3/g) mPa. 3. *VISCÓMETRO HOPPLER. Procedimiento: 1. Introducir el viscosímetro en el baño termostático y esperar unos 5 minutos para que el líquido problema alcance la temperatura de medida. si se conoce la del otro líquido por comparación de los dos ángulos de torsión. Llenar el viscosímetro limpio y seco con 10 ml del líquido problema. se registra el tiempo requerido para que el borde superior del menisco pase de la marca de regulación superior a la inferior. Cuando se termine la serie de medidas con un líquido. el tubo viscómetro es cargado con una cantidad específica del fluido de prueba. 2. Succionar líquido por encima de la marca superior del viscosímetro (tubo de menor diámetro) y medir a continuación el tiempo de paso del mismo entre las marcas A y B. Las esferas son relativamente grandes con relación al diámetro interior del tubo. Se estabiliza en la temperatura de prueba y es liquido se saca mediante succión a través del bulbo y se le deja ligeramente por encima de la marca de regulación superior. a través del tubo de mayor diámetro. limpiar el viscosímetro primero con agua y luego con alcohol y por último secar con aire. 4. Este cilindro está colocado coaxialmente en un recipiente cilíndrico. se mide el tiempo requerido para colectar 60ml del fluido. o en ocasiones SUS). El tiempo resultante se reporta como la viscosidad de fluido en segundos universales Saybolt (SSU. El cilindro exterior gira a velocidad constante y su movimiento es transferido al líquido que ha su vez pone en movimiento el cilindro interior en torno de su eje hasta que la fuerza de torsión es equilibrada por la fuerza de fricción. Como el ángulo de torsión es proporcional a la viscosidad. lo que hace que el diámetro de la esfera sea de gran precisión. en donde una esfera rueda en el interior de un tubo que puede inclinarse un ángulo determinado. para preparar la prueba de viscosidad. o un dinamómetro provisto de una escala en otros modelos. *Viscómetros estándar calibrados capilares de vidrio Es un método para determinar la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos. Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluído.705 33. formulada y publicada en 1840 y 1846 por Jean Louis Marie Poiseuille (1797-1869). τ. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica.221 0.136 0. 9. se presenta una fuerza de arrastre sobre la superficie del tambor interior que ocasiona el desarrollo de un troqué cuya magnitud puede medirse con un torquímetro sensible. Así pues la viscosidad µ puede calcularse utilizando la ecuación. V. Generalmente se representa por la letra griega .5983 2. del fluido. Por consiguiente.812 4.6-10 1 Vidrio 15. y se representa por .286 11. se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta ecuación fue derivada experimentalmente en 1838. Si conocemos ∆y de la muestra del fluido podemos calcular el termino ∆V/∆y en la ecuación. 10. Explica la ecuación de Poiseville y su relacion con la viscosidad.598 4.65407 200-4800 4 Acero 14. *Se conoce también otra viscosidad. La magnitud de dicho troqué es una medida de la tensión de corte.09042 30-700 3 Hierro 15.1923 8. denominada viscosidad cinemática. Vidrio 15.649 4.203 14. La ley de Poiseuille es la ley que permite determinar el flujo laminar estacionario ΦV de un líquido incompresible y uniformemente viscoso (también denominado fluido newtoniano) a través de un tubo cilíndrico de sección circular constante.606 16.9622 8. mientras el fluido que esta en contacto con el tambor interior tiene una Velocidad 0. el fluido que esta en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal. Se ponen en consideración especial al fluid0o que se encuentra en el fondo del tambor pues su velocidad no es uniforme en todos los puntos.5351 7. Debido a la viscosidad del fluido. *La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.132 0. La ley queda formulada del siguiente modo: .112 5.82923 75000 6 la viscosidad utilizando la definición de viscosidad dinámica dada en la ecuación: µ = τ/ (∆V/∆y) Se hace girar el tambor exterior a una velocidad angular constante.00792 0.09601 7-130 2 Hierro 15. conocida. Defina la viscosidad absoluta y la viscosidad cinematica.218 0. mientras el tambor interior se mantiene estacionario.6771 7. (W).66080 800-10000 5 6000- Acero 11.4073 2. donde V es el volumen del líquido que circula en la unidad de tiempo t. intercambiadores de calor.89476 × 106 cP = 6890 Pa × s 12. el Reyn fue nombrado en honor de Osborne Reynolds: 1 Reyn = 1 lb f • s • in-2 = 6. 1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0. ΔP es la caída de presión entre los dos extremos. etc.0020 cP a 20 °C. cuyo nombre homenajea al fisiólogo francés Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869). transporte de fluidos. La ley se puede derivar de la ecuación de Darcy-Weisbach. En esta forma la ley aproxima el valor del factor de fricción. la unidad física de viscosidad dinámica es el pascal- segundo (Pa·s). desarrollada en el campo de la hidráulica y que por lo demás es válida para todos los tipos de flujo. En el SI (Sistema Internacional de Unidades). 1860). Menciona algunas de las unidades en que se manejan la viscosidad de distintos productos comerciales.) También es importante en Ingeniería de Alimentos tanto para establecer condiciones de proceso (nuevamente. secadores. Describa la importancia de los valores de la viscosidad en la industria. La ley de Hagen-Poiseuille se puede expresar también del siguiente modo: donde Re es el número de Reynolds y ρ es la densidad del fluido. la crema o una bebida refrescante). el factor de pérdida por fricción o el factor de fricción de Darcy λ en flujo laminar a muy bajas velocidades en un tubo cilíndrico. r es el radio interno del tubo.1 Pa·s). η es la viscosidad dinámica y L la longitud característica a lo largo del eje z. la energía disipada por la pérdida de carga. que corresponde exactamente a 1 N·s/m² o 1 kg/(m·s). intercambio de calor o secado) y como parámetro de control de la calidad. Se suele usar más su submúltiplo el centipoise (cP). vmedia la velocidad media del fluido a lo largo del eje z del sistema de coordenadas cilíndrico.1 Pa·s 1 centipoise = 1 mPa·s En el sistema imperial. Hagenbach en 1858 (1859. . La unidad cgs para la viscosidad dinámica es el poise (1 poise (P) ≡ 1g·(s·cm)−1 ≡ 1 dina·s·cm−2 ≡ 0. El centipoise es más usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1. para diseñar bombas. Hagenbach fue el primero que la denominó como ley de Poiseuille. ya que la viscosidad es una propiedad fisicoquímica que influye en la textura y percepción de un alimento fluido al ser ingerido por el consumidor (ejemplo. Conocer la viscosidad de un fluido es importante en Ingeniería (Química por ejemplo) para el diseño de equipo de procesos (por ejemplo. tener una viscosidad adecuada el yogurth. 11. La derivación teórica de la fórmula original de Poiseuille fue realizada independientemente por Wiedman en 1856 y Neumann y E. como combustible. Es muy utilizado como disolvente en síntesis de fármacos.13 % y O: 34. El llamado alcohol desnaturalizado consiste en etanol al que se le agregan sustancias como metanol. este tipo de etanol.cloruro de etilo y nitrocelulosa.07 g/mol. volátil. isopropanol o. etc. GENERALIDADES: El etanol es un líquido incoloro. El etanol se utiliza industrialmente para la obtención de acetaldehido. incluso. plásticos. no debe de ingerirse. PESO MOLECULAR: 46. cosméticos. vinagre. lacas. como materia prima en síntesis y en la preservación de especímenes fisiológicos y patológicos. FLUIDOS D=m/v n/D=kt DENSIDAD PROPIEDADES VISCOSIDAD PICNOMÉTRO VISCOMETRO DE OSTWASLD 14. con un olor característico y sabor picante. FORMULA: C2H6O.24 %. como antiséptico en cirugía. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental. perfumes. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental. Estos compuestos desnaturalizantes son altamente tóxicos por lo que. .13. Sus vapores son mas pesados que el aire. H: 13. COMPOSICION: C: 52.73 %. CH3CH2OH. butadieno. También se conoce como alcohol etílico. piridinas y benceno. También se utiliza en mezclas anticongelantes. entre otros. (6-228). 2010. LC 50 (inhalado en ratas): 20000 ppm /10 h Niveles de irritación a piel de conejos: 500 mg/ 24h. págs (6-7). moderada. Edición: 4 .(6-8). 2010. Edición: 7. Física General. REFERENCIAS: o Handbook. severa. 100 mg/24h. o Smith y Van Ness. LD50 (oral en ratas): 7060 mg/Kg. o Pérez Montiel Héctor.NIVELES DE TOXICIDAD: LD50 (oral en ratas): 13 ml/Kg México: CPT: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Alcohol desnaturalizado: LDLo (oral en humanos): 1400 mg/Kg. Edition 91. Introducción a la termodinámica en Ingeniería Química. Chemistry and Physics. Niveles de irritación a ojos de conejos: 79 mg.(15-25).