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Practica No.5

Medición de la Viscosidad

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Practica No.5

  1. 1. LABORATORIO INTEGRAL I Ingeniería Química Practica #5 Medición de la Viscosidad Profesor: • Norman Edilberto Rivera Pasos Integrantes: • Álvarez Carrillo Alejandra • Fabela Quevedo José Ernesto • Galaviz Romero Fernando • Gaytan Cabrera Israel • López Mora Aguarena Marisol • Solís Aguilar Diana Laura Marzo / 2017
  2. 2. INDICE Introducción…………………………………………………………………….…….1 Objetivo………………………………………………………………………………1 Marco Teórico………………………………………………………………………...1 Material……………………………………………………………………………….4 Procedimiento………………………………………………………………………...5 Observaciones………………………………………………………………………...6 Imágenes..…………………………………………………………………………….6 Resultados…………………………………………………………………………….7 Conclusiones………………………………………………………………………...10 Referencias…………………………………………………………………………..11 Anexos………………………………………………………………………………11
  3. 3. Introducción La presente práctica es acerca de la obtención de la viscosidad por diferentes viscosímetros con diversas sustancias, las cuales estuvieron a diferentes temperaturas. Además tiene como finalidad el dar a conocer los resultados obtenidos y hacer una comparación entre los diferentes viscosímetros. Objetivo: Determinar experimentalmente la viscosidad.  Determinar la viscosidad empleando los diferentes viscosímetros.  Determinar la viscosidad a diferentes temperaturas con diferentes sustancias.  Comparar los resultados obtenidos entre los viscosímetros y compañeros. Marco teórico: La viscosidad es la propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos sencillos. Es normalmente conocida como comportamiento de fluidez o resistencia a la caída. La viscosidad se describe como la resistencia interna de un fluido a circular o fluir y sin embargo debe ser una medida del rozamiento o fricción del fluido. Para ciertos líquidos, la viscosidad es constante y solo depende de la temperatura y presión. Este grupo se denominan líquidos Newtonianos. Los líquidos que no siguen esta relación proporcional son denominados fluidos no-Newtonianos. Viscosidad Dinámica Proviene de la Ecuación de Newton de la Viscosidad: La ecuación anterior nos sirve para definir la constante de proporcionalidad, la cual es: Que se denomina coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta, viscosidad dinámica (debido a que está relacionada con la fuerza), o simplemente viscosidad del fluido. Las dimensiones de la viscosidad absoluta son fuerza por unidad de área partido por el gradiente de velocidad. 1
  4. 4. Una unidad muy utilizada para la viscosidad en el sistema (CGS) es el poise (P), denominado así en honor a Jean Louis Poiseuille. Viscosidad Cinemática (Ν) Denominada por que la fuerza no está involucrada en las dimensiones, quedando únicamente la longitud y el tiempo, como en cinemática. De esta forma: La viscosidad cinemática se mide habitualmente en m2 /s en el sistema internacional, y en ft2 /s en el sistema británico de unidades. La viscosidad de los fluidos es la responsable de la disipación de energía en forma de calor en el flujo de los mismos. Son dos las causas que originan esa viscosidad: 1. Las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas 2. El intercambio de cantidad de movimiento debido a la transferencia de moléculas de unos puntos a otros. De acuerdo con estos dos factores, pueden explicarse las variaciones de la viscosidad con la temperatura y la presión, para los líquidos y los gases. En los líquidos, la viscosidad es sensible a la temperatura y disminuye al aumentar ésta. Eso se debe a que predomina la disminución de las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas. En cuanto al efecto de la presión, la viscosidad de los líquidos aumenta muy ligeramente con ella, siendo el agua una excepción, pues en ella la viscosidad primero disminuye y luego aumenta con la presión. En los gases, la viscosidad aumenta con la temperatura, aproximadamente de acuerdo con una expresión. Eso es debido a que en los gases las fuerzas de cohesión ya son pequeñas, y en cambio es importante el aumento de intercambio de cantidad de movimiento. Las moléculas gaseosas al calentarse se desplazan más rápidamente, pero hay más choques y más efectos de frenado de unas capas sobre otras. 2
  5. 5. En cuanto a la influencia de la presión, es poco importante, aumentando la viscosidad con ella, especialmente en las proximidades del punto crítico. Los viscosímetros son instrumentos diseñados y especializados para realizar la medición del nivel de viscosidad de fluidos. También permiten medir otros parámetros de flujo de los fluidos. Viscosímetro Brookfield El funcionamiento del viscosímetro Brookfield se basa en el principio de la viscosimetria rotacional; mide la viscosidad captando el par de torsión necesario para hacer girar a velocidad constante un husillo inmerso en la muestra de fluido a estudiar. El par de torsión es proporcional a la resistencia viscosa sobre el eje sumergido, y en consecuencia, a la viscosidad del fluido. Viscosímetro de Copa Zahn La Copa Zahn es un recipiente en acero inoxidable, taladrado de un agujero calibrado y proveído de un largo punado. Cada copa dispone de un asa larga y curvada de 12 in, para sumergir la copa con la mano en el líquido. En el centro del asa hay un aro para introducir el dedo y mantener la copa verticalmente durante su uso. Los resultados se dan en segundos Zahn a la temperatura específica. Viscosímetro Stormer Este viscosímetro consiste de dos cilindros concéntricos, uno fijo en el cual se introduce la muestra, y un cilindro móvil. Una pesa, descendiendo por efecto de la fuerza de gravedad, transmite el moviendo al cilindro móvil a través de una serie de engranajes, provocando un esfuerzo cortante sobre el fluido, inducido por las paredes del cilindro al girar. Además se basa en el tiempo en que el disco tarda en dar 100 revoluciones.
  6. 6. Viscosímetro Ostwald Se utiliza para líquidos newtonianos. La determinación de la viscosidad está basada en el tiempo que tarda determinado volumen del líquido en fluir a través de un orificio. Conociendo todas las medidas del viscosímetro se puede calcular la viscosidad absoluta aplicando la fórmula de Hagen-Poiseuille. El viscosímetro de Ostwald es de vidrio posee un ensanchamiento en forma de ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación complementaria. Material: I. Para el Viscosímetro Brookfield  2 Vasos de Precipitado de 250 ml  Aceite de cocina  Viscosímetro Brookfield  Parrilla  Guantes  Termómetro  Papel  6 Lentes de seguridad II. Para el Viscosimetro Ostwald  Perilla  Alcohol  Acetona  Cronometro  Agua  Viscosímetro Ostwald III. Para el Viscosimetro Zahn  3 Vasos de Precipitado de 250 ml  Viscosímetro de Zahn  Glicerina  Aceite  Alcohol  Balanza Granataria  Parrilla  Termómetro  Cronometro  Guantes  6 Lentes de seguridad IV. Para el Viscosímetro Stormer  Parrilla  Viscosímetro Stormer  Guantes  Glicerina  Termómetro  Cronometro  1 Vaso de Precipitado de 600 ml  Agua 4
  7. 7. Procedimiento: I. Para el Viscosímetro Brookfield 1. Ir por el material. 2. Lavar el material. 3. Armar el viscosímetro y equilibrarlo correctamente. 4. Calibrar el viscosímetro y colocar el husillo seleccionado. 5. Vaciar el aceite en uno de los vasos de precipitado. 6. Colocar el vaso con el aceite y bajar lentamente el viscosímetro hasta que el husillo llegue al tope indicado. 7. Iniciar la medición prendiendo el motor. II. Para el Viscosímetro Ostwald 1. Ir por el material. 2. Lavar el material. 3. Vaciar el alcohol en el viscosímetro 4. Pipetear hasta que el alcohol llegue a la burbuja superior 5. Dejar caer el alcohol 6. Tomar el tiempo en que tarde en descender. 7. Repetir lo anterior para la acetona. III. Para el Viscosímetro Zahn 1. Ir por el material. 2. Lavar el material. 3. Vaciar el alcohol, aceite y glicerina en los vasos de precipitado. 4. Seleccionar la copa y la sustancia a la cual se va medir la viscosidad. 5. Sumergir la copa en la sustancia elegida y retirarla con cuidado. 6. Tomar el tiempo en que tarda en escurrir toda la sustancia por el orificio. IV. Para el Viscosímetro Stormer 1. Ir por el material. 2. Lavar el material. 3. En la parrilla calentar agua a 100 grados Centígrados. 4. Revisar que en el viscosímetro no exista algún problema. 5
  8. 8. 5. Vaciar el agua en uno de los cilindros un centímetro abajo del cilindro interior. 6. Vaciar la glicerina en el cilindro interior hasta el tope. 7. Tomar la temperatura. 8. Colocar el viscosímetro en posición. 9. Hacer la primera medición dejando caer la pesa y tomar el tiempo en que tarda dar 100 revoluciones. 10. Repetir el paso anterior 20 veces. Observaciones: Con el viscosímetro Zahn se tuvo que cambiar varias veces de copa usando aceite ya que cada copa tiene un tiempo límite y el aceite lo sobrepasa. Además con la Glicerina hubo problemas ya que al medir su viscosidad en temperatura ambiente tardaba más del tiempo permitido en las copas por lo cual se tuvo que poner a calentar. En el viscosímetro Brookfield se pudo notar que además de darnos la viscosidad en cps la puede dar en porcentaje. Con el viscosímetro Stormer conforme va bajando la temperatura el tiempo era mayor para dar 100 revoluciones. Se realizaron varios intentos en cada viscosímetro para tener un dato acertado. A continuación se muestran imágenes de la práctica:
  9. 9. Resultados: I. Viscosímetro Brookfield Datos Obtenidos Viscosidad μ Sustancia Husillo Temperatura Cps Poises Kg/m s Aceite #4 50 C 32 0.32 0.032 #4 45 C 28 0.028 0.0028 II. Viscosímetro Zahn Datos Obtenidos Factor de Conversion K C Copa No.1 1.1 29 Copa No.2 3.5 14 Copa No.3 11.7 7.5 Copa No.4 14.8 5 Copa No.5 23 0 Formula ƞ = k( t - C) Viscosidad ƞ Sustancia Copa Temperatura Intento Tiempo (seg) Cst Stokes m2 /s Alcohol No. 1 24 C #1 27.42 -1.74 -0.017 -1.74E-06 24 C #2 27.33 -1.84 -0.018 -1.84E-06 Aceite No. 1 24 C #1 47.46 20.31 0.203 2.03E-05 24 C #2 46.89 19.68 0.197 1.97E-05 Glicerina No.2 35 C #1 54.76 142.66 1.427 1.43E-04 35 C #2 49.73 125.06 1.251 1.25E-04 35 C #3 53.57 138.50 1.385 1.38E-04 PesoVaso Kg 0.06892 Pesos (Kg) Volumen (m3 ) ρ Viscosidad μ Alcohol 0.19108 0.0002 955.4 -0.0016605 0.19108 955.4 -0.0017551 Aceite 0.22788 0.0002 1139.4 0.02313666 0.22788 1139.4 0.02242225 Glicerina 0.19028 0.0002 951.4 0.13572672 0.19028 951.4 0.11897733 0.19028 951.4 0.13176414 7
  10. 10. IIl. Viscosímetro Stormer Datos Obtenidos Obteniendo la ecuación de recta: De: 255.1 :_1__ 66666.16 )666666.0*200(150 :_ 6666.0 200350 150250 : 1 : 12 12             x ObtenemosecuenSustiyendo b mxyb bmxy bObteniendo xx yy m mObteniendo m b t m Ecuacion   x Viscosidad μ Sustancia Medicion Temperatura C Tiempo (seg) Cps Kg/m s Glicerina 1 61 30.5 20.75 0.0208 2 55 31.07 21.605 0.0216 3 53 32.59 23.885 0.0239 4 52 33.9 25.85 0.0259 5 50 34.85 27.275 0.0273 6 49 38.18 32.27 0.0323 7 48 40.07 35.105 0.0351 8 46 44.12 41.18 0.0412 9 45 49.5 49.25 0.0493 10 43 58.78 63.17 0.0632 11 42 62 68 0.0680 12 41 63 69.5 0.0695 13 40 68 77 0.0770 14 39 74 86 0.0860 15 38 74 86 0.0860 16 37 81 96.5 0.0965 17 36 89 108.5 0.1085 18 35 96 119 0.1190 19 34 102 128 0.1280 Ecuación 1 Ecuación que usaremos para obtener la viscosidad en cps, donde x será el tiempo 8
  11. 11. 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 0.0700 0.0800 0.0900 0.1000 0.1100 0.1200 0.1300 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 ViscosidadenKg/ms Temperatura en Centigrados Viscosidad vs Temperatura 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 19 24 29 34 39 44 49 54 59 64 69 74 79 84 89 94 99 104 109 114 119 124 129 Tiempo(seg) Viscosidad en cps Viscosidad vs Tiempo 9
  12. 12. lV. Viscosímetro Ostwald Datos Obtenidos Con la siguiente formula obtenemos la viscosidad: Despejando ƞ, Obtenemos: Calculando ƞrel: Para ƞ0 = 0.000000935 m2 /s Sustancia Intento Densidad kg/m3 Temperatura Tiempo (seg) ƞrel ƞ m2 /s Alcohol #1 791 21 174 5.99836306 5.6085E-06 #2 791 21 176 6.06730976 5.6729E-06 Acetona #1 800.83 21 51.07 1.78243298 1.6666E-06 #2 800.83 21 49.27 1.71960981 1.6078E-06 Agua Destilada #1 997.62 23 95 4.13043478 3.862E-06 Conclusión: En esta práctica pudimos aprender a usar los viscosímetros logrando determinar la viscosidad de cada sustancia que empleamos, de acuerdo a la teoría y a lo hecho en laboratorio podemos también concluir que conforme va disminuyendo la temperatura la viscosidad suele ir aumentando. Además notamos que es importante el conocer el viscosímetro antes de utilizarlo ya que algunos no son tan adecuados para medir la viscosidad de ciertas sustancias como nos sucedió con Zahn que al hacer el cálculo nos dio una viscosidad negativa siendo esto imposible, esto se debió a que no utilizamos la copa adecuada para la sustancia. Dónde: t Son de la sustancia a calcular. 00t Son del agua. 10
  13. 13. Referencias: Recuperado de: https://marcanord.files.wordpress.com/2013/01/viscosidad-rdmc.pdf Recuperado de: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema3/pagina_07.htm Recuperado de: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/18860/Capitulo5.pdf Recuperado de: http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos/melweb08_Brookfield.htm Anexos: 11

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