Viscosimetría
___________________ ____________________________ ___________________ ____________________ ____________________ __________________ __________ __ Resumen
La viscosidad es la fuerza de resistencia que ejerce ejerce un fluido al movimiento. Los fluidos con una viscosidad muy alta tienden a realizar una resistencia al flujo mayor que los fluidos de baja viscosidad, los cuales fluyen sin ninguna resistencia. Con esta práctica se pretende estudiar la viscosidad como una propiedad de los fluidos (glicerina y agua); al igual que ver la influencia que tiene la temperatura en la medición de la viscosidad. Se realizara la medición de la viscosidad de la glicerina por medio de un viscosímetro rotacional, escogiendo la mejor aguja, es decir la aguja que tenga un mejor porcentaje de torque para analizar el comportamiento del fluido con diferentes concentraciones.
Palabras Clave: Viscosidad, torque, pseudoplástico, fluido y viscosímetro Abstract
Viscosity is the resistance force exerted by a fluid movement. The fluids with a very high viscosity tends to make a greater flow resistance than low-viscosity fluids, which flow without resistance. This practice is to study the viscosity as a property of fluids (glycerine and water), as well as see the influence of temperature on the viscosity measurement. It was made measuring the viscosity of glycerol by means of a rotational viscometer, choosing the best needle, ie the needle having a higher percentage of torque to analyze the behavior of the fluid with different concentrations.
Keywords: viscosity, torque, pseudoplastic fluid viscometer Objetivos
Estudiar la viscosidad como propiedad física que deforma los fluidos. Emplear y conocer los materiales y distintas sustancias necesarias para determinar su viscosidad. Determinar la relación entre la viscosidad y su temperatura. Comparar y analizar los diferentes tipos de fluidos. Introducción
En la práctica de viscosimetría se busca identificar la importancia de esta propiedad
en el estudio, movimiento y comportamiento en general de los fluidos. Se define como Viscosidad Viscosidad a la la propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica tensiones de cortaduras o también denominado esfuerzo cortante. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad. Los viscosímetros son instrumentos que se emplean para medir la viscosidad viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido. El
primero en postular la fórmula para calcular la viscosidad fue Isaac Newton, quien postuló que dicha fuerza correspondía al producto del área superficial del líquido por el gradiente de velocidad, además de producto de un coeficiente de viscosidad. Mediante esta práctica de laboratorio se busca encontrar la viscosidad de un fluido, que para ésta práctica será el vinilo, para llevar a cabo esta determinación se usará un viscosímetro rotacional. Existen varios tipos de viscosímetros dependiendo de su objetivo; están los viscosímetros para obtener viscosidades absolutas, la cual consiste en la resistencia que ofrece un fluido al movimiento cuando una superficie solida se mueve en su seno. También se encuentran los viscosímetros que determinan viscosidades cinemáticas que hace referencia al tiempo en que se demora un fluido (con un volumen determinado) en atravesar cierta área ya establecida y finalmente están los viscosímetros extensionales, los cuales se usan para medir un esfuerzo de tracción en el material. La viscosidad se considera como una propiedad reológica ya que estudia las deformaciones de los fluidos y sólidos que son sometidos a una fuerza exterior o mecánica. Como se definió antes, la viscosidad es la resistencia que opone un fluido al movimiento. Un factor que influye en la viscosidad de un fluido es la temperatura, a mayor temperatura los líquidos fluyen con mayor facilidad mientras que a bajas temperaturas el fluido es más viscoso. Esto es debido a que la energía térmica hace más débiles las fuerzas de atracción entre las moléculas.
Marco Teórico
La resistencia de un líquido a fluir, es decir, la fuerza que se opone a la deformación y movimiento de un líquido dentro de su propia masa se denomina viscosidad. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad. La viscosidad se puede clasificar en tres tipos: Viscosidad absoluta: Es la fuerza necesaria para mover un plano de fluido paralelo sobre otro. Generalmente se mide con un viscosímetro rotativo y se expresa en unidades centipoise (cP). También se conoce como viscosidad dinámica. Viscosidad aparente: La viscosidad observada de un fluido no newtoniano medida con una temperatura específica y un determinado esfuerzo de corte (diagrama de velocidades a que está sometido el aceite). La viscosidad de algunos fluidos cambia cuando son sometidos al corte, como por ejemplo, las grasas y los aceites multigrados. Viscosidad cinemática: Una medida de la viscosidad derivada del tiempo necesario para que un volumen fijo de sustancia fluya a través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Las unidades comunes son centistokes. La viscosidad absoluta de un fluido es equivalente a su viscosidad
cinemática multiplicada por su densidad a la misma temperatura.
La ley de Newton para la viscosidad: La resistencia que opone un fluido depende de la velocidad a que realizamos la deformación. La ley establece que “ que para
El reómetro rotacional es útil para determinar valores de viscosidad alta y que permite el ajuste de velocidad (RPM) de manera sencilla
ciertos fluidos conocidos como “fluidos newtonianos”, el esfuerzo cortante sobre
una interfaz tangente a la dirección de flujo es proporcional a la tasa de cambio de velocidad con respecto a la distancia, donde la diferenciación se toma en una dirección normal a la interfaz.”
1
El esfuerzo cortante, es decir, la fuerza tangencial por unidad de superficie, se opone a que una lámina se deslice sobre otra. Así, dos láminas próximas a la superficie del sólido se deslizan más entre sí que otras dos láminas más alejadas del sólido; por lo que el esfuerzo cortante en la pared del sólido es la máxima. Después, si nos alejamos suficientemente del sólido disminuye hasta hacerse prácticamente nula. Esto permite concluir que el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad entre las dos láminas. Reómetro Rotacional
El funcionamiento de un reómetro rotacional se basa en la resistencia a la torsión que ofrece un líquido al giro de un husillo de características conocidas, sumergido en dicho líquido. El husillo giratorio, está acoplado al motor que gira a velocidades determinadas. El ángulo de desviación del eje se mide electrónicamente dando la medida de torsión.
Imagen 1. Viscosímetro Reómetro Rotacional.2
Rotacional
o
Viscosidad Dinámica
Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente de viscosidad. La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa.s) o también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/ms): Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseuille(Pl) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P) descrita a continuación:
Metodología
Resultados
I.
Muestra de cálculo -
Viscosímetro de Ostwald
Densidad Glicerol:
Agua: No.100
Tiempo K1Agua: 57,46 s Tiempo K2Agua:75,16 s
Densidad Agua:
Viscosidad cinemática:
Viscosidad Dinámica:
Ɣ1 =
Ɣ1 =
=0,053stokes -5
=9.87x10 stokes
Ɣ2=
Ɣ2=
=0,065stokes
-5
=9,97x10 stokes
Ɣ=
Ɣ=
=0,059stokes
=9,92x10-5stokes
µ=0,059stokes x =0, 0767
µ=9,92x10-5stokes x =1.022x10-4
Glicerol: No.600 Tiempo K1Glicerol: 29,19 s Tiempo K2Glicerol:48,09 s
Sustanc ia Agua
K1
t No. t 57,4 75,1 6 6 Glicerol 29,1 48,0 9 9 II. Tabla
-
K2
Ɣ
μ
No. 9,92x10 -5
Viscosímetro de Ostwald
0,059
1.022x1 0-4 0,0767
-
Viscosímetro- Variación de Calibre
8.8 9.0 9.2 9.4
Glicerol: 21°C R2 Dato 1 2 3 4 5
% Torque 74.7 44.6 37.5 19.6 19.3
RPM 20 12 10 6 5
µ 1491.1 1485.8 1504.7 1379.0 1542.1
R3 Dato 1 2 3 4
% Torque 61.9 60.5 36.6 24.6
RPM 60 50 30 20
µ 1199.8 1209.9 1218.6 1228.6
R4 Dato 1 2 3 4 5
% Torque 37.8 31.7 19.1 12.9 7.9
RPM 60 50 30 20 12
µ 1257.9 1268.2 1276.1 1292.8 1315.3
0.4 0.5 0.5 0.5
Glicerol µ %Torque 1491 74.7 515.7 25.7 187.5 9.4 105.2 5.3 78.9 3.9 III.
35 50 60 70
RPM 20 20 20 20 20
T(°C) 20 30 40 51 60
Graficas ViscosímetroTemperatura
-
20 20 20 20
Variación
de
-Viscosímetro- Variación de Temperatura Agua µ 10.6
Análisis
%Torque 0.5
RPM 20
T(°C) 20
I.
Comparación de experimentales y teóricos
datos
condiciones normales de presión y temperatura)
II.
III.
Cálculos
como la plastilina
2. Como influye la temperatura en la medición de la viscosidad de los gases y en los líquidos.
% Error relativo
Cuestionario.
1. Nombre cinco fluidos newtonianos y no newtonianos. Fluidos Newtonianos
Fluidos No Newtonianos
Agua (bajo condiciones normales de presión y temperatura)
Mermelada
Gasolina (bajo condiciones normales de presión y temperatura)
Pintura
Vino (bajo condiciones normales de presión y temperatura)
Salsas y Melazas
Algunos Aceites minerales (bajo condiciones normales de presión y temperatura)
Soluciones de agua con arcilla o carbón
Aire (bajo
Algunos plásticos
La viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura. Puesto que si aumenta la temperatura las fuerzas viscosas son superadas por la energía cinética, dando lugar a una disminución de la viscosidad. Es por esto que se deben extremar las precauciones a la hora de medirla viscosidad, teniendo en cuenta que la temperatura debe permanecer prácticamente constante. En cuanto a los gases si aumenta la temperatura, mayor es la ag itación y los choques de las moléculas del gas, oponiéndose al movimiento es decir hay mayor fricción y por lo tanto produciendo un aumento de la viscosidad del gas. 3. Diga cuales podrían ser las causas de error en la medición de la viscosidad por ese método. Las posibles causas de error en la medición de la viscosidad por este método pueden ser que el equipo no esté bien calibrado o que las sustancias no estén puras. 4. Hable sobre los tipos de fluidos que no cumplen con la definición de fluido pero que pertenecen al grupo de los líquidos. Los tipos de fluidos que no cumplen con la definición de fluido pero que pertenecen al grupo de los líquidos son las sustancias del tipo "hiperviscosas" que tienen estructura
Explique este cambio de viscosidad con la temperatura mediante la ecuación de Arrehnius. Estime el
molecular similar a la de un fluido y se comportan en ciertos aspectos como un fluido. Algunos ejemplos de estos fluidos son el vidrio ya que tiene una estructura molecular líquida y fluye como un fluido, pero lo hace bajo tensión constante y tarda bastante tiempo y el caucho natural también tiene estructura molecular líquida. Pero ninguna de estas sustancias cumple con la definición de fluido.
Entonces:
= 302.72
Conclusiones
5. Como se clasifican los fluidos de acuerdo a la duración de la aplicación de la fuerza que los deforma. Los fluidos se pueden clasificar en:
NEWTONIANOS: proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. NO NEWTONIANOS: No hay proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. VISCOELÁSTICOS: Se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos.
6. La viscosidad del aceite de ricino a diversas temperaturas es:
Temperatura ⁰C 20 30 40
Viscosidad (Pa.s) 0.986 0.451 0.231
La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de la densidad. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir y los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad.
Bibliografía
Anexos
I. II.
Preinforme Archivo Fotográfico
III.
Aplicación a la Ingeniería
Tiene un amplio espectro de aplicación como puede ser la medida de la viscosidad en grasas, pinturas, industrias alimentarias, farmacéuticas, etc
