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INGENIERIA INDUSTRIAL LABORATORIO DE PROCESOS Y MATERIALES PRÁCTICA Nº 5 1. TITUL TULO:
VISCO SCOSID SIDAD,
VISCO SCOSÍMETR ETRO
TIP TIPO
ORIFICIO
Y
BROOKFIELD 2. OB OBJJETIV ETIVOS OS 2.1.
Famili amiliari arizar zar al estudi estudiant ante e con con algun algunos os de los instru instrumen mentos tos de
medición de viscosidad utilizados en la industria. 2.2.
Aprender a manejar y calibrar algunos instrumentos usados para la
medida de viscosidad en líquidos. 2.. Aplic licar el manej anejo o de unid unida ades de medid edida a en los los sist sistem ema as
internacional, inglés y sexagesimal; dierenciar magnitudes ísicas y apr aprende enderr a anal analiz izar ar las las unid unidad ades es de medi medida da en las las die dierrente entess ecuaciones aplicadas. . SUST SUSTEN ENT TACI!N ACI!N TE!RI TE!RICA CA .1. Viscosidad.
!a viscosidad de un "uido de#nida por $e%ton es la resistencia que orece el "uido al movimiento entre dos placas paralelas separadas por una distancia, una de ellas #ja y la otra móvil que se mueve con una unidad de velo veloci cida dad d de#n de#nid ida. a. !a visc viscos osid idad ad es ric ricci cion onal al y es debi debida da a la transerencia de los momentos desde una capa de líquido en movimiento a la siguiente.
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!a viscosidad de un "uido puede verse aectada por0
!as variaciones internas de su composición y estructura, determinadas por su origen y su proceso.
!as condiciones externas, tales como la temperatura y la presión que pueden in"uir sobre las uerzas moleculares.
!a temperatura es el actor que m's la aecta. Así cuando la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye y el "uido presenta un mejor estado de "uidez. &or el contrario, si la temperatura disminuye, la viscosidad aumenta y el "uido se vuelve menos r'pido.
!a consistencia es el grado de deormación que presentan los "uidos cuando se les somete a esuerzo constante. =F/A V/e
µ1viscosidad
F1 esuerzo cortante A1 Area *1 *elocidad cortante e1 espesor capa del "uido
!a viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. 2i la viscosidad es demasiado baja el #lm lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal3metal. 2i la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido. Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor uerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, adem's de no llegar a lubricar r'pidamente en el arranque en río. 3.2 Viscosidad Absoluta o Dinámica.
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2e de#ne como la relación entre la tensión o esuerzo constante τ y el gradiente de velocidad con respecto a la distancia recorrida por el "uido,
∂v ∂ y . 4sta viscosidad se representa por µ µ
=
τ
∂v ∂ y
!as unidades de esta viscosidad son0 2istema c.g.s0 &oise 5&6 o centipoise 5c&6 2istema 7nternacional0 &a.seg 2istema 7ngles0
lb pie. seg
3.3 Viscosidad Cinemática.
4s el cociente entre la viscosidad din'mica o absoluta y la densidad absoluta o especi#ca del "uido. 4sta viscosidad se representa por ν . ν
µ ρ
2istema c.g.s. 0 2toe 5st6 ó centistoe 5cst6 2istema 7nternacional0 2istema 7nglés 0
pie
m
2
s
2
s
3.4 Factores de Conversión
8 9entipoise 58c&6 1 8 3- &oise 583-&6
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8 &oise 58&6 1
1 g
cm • s
8 &a.s 1 8: c&
8 &oise 58p6 1 .<-
8 stoe 58 2t6 1
1cm
lb pie • s
2
s
8 centistoe 58 cst6 1 8 3- 2toe 583- 2t6 1m
s
2
= 10
6
cst
3.5 Viscosidad del agua
!a viscosidad del agua a una temperatura de - 9, tiene un valor de0 1.002 c ! 0.001 a.s 3." Viscos#metros
E# $% &#'()*+&% ) -$%# $/) )&0(&#*) )&)*-%) %+% $% -'&'% ' $% &)/)&'%': ♦
4l viscosímetro discontinuo se basa en medir el tiempo del paso de un volumen conocido por un ori#cio, el tiempo de caída de una bola met'lica o de ascensión de una burbuja de aire o por la resistencia de un elemento estacionario en una taza rotatoria que gira a velocidad constante.
♦
4ntre los viscosímetros continuos que permiten el control de viscosidad se encuentran la caída de presión producida por un tubo LABORATORIOS " UAO &r'ctica $( ). *iscosidad, viscosímetro tipo ori#cio y +roo#eld Agosto de -/
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capilar al paso de "uido que se bombea a un caudal constante, por torsión necesaria para =acer girar un elemento en el "uido, rot'metro con "otador sensible a la viscosidad y vibraciones o ultrasonidos.
3.".1 Viscos#metro ti$o ori%cio &Viscos#metro discontinuo'.
>ambién conocido como viscosímetro copa medir los tiempo en segundos utilizados
7ndian'polis. 9onsiste en para =acer pasar un "uido
patrón de densidad conocida 5agua6, con un "uido problema a través de la copa. &ara este viscosímetro se utilizan otras unidades empíricas de la viscosidad,
que
no
se
expresan
en
unción
de
las
unidades
undamentales, la unidad principal son los grados (ngler 546, muy utilizados en Alemania, ?usia, 4spa@a y otros países. tras unidades empíricas son los segundos ?ed%ood, utilizados en Bran +reta@a y los segundos 2aybolt, de uso recuentemente en los 4stados Cnidos. 4sta pr'ctica la =acemos con reerencia a los grados 4ngler.
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E =
0
tiempo de vaciado de
tiempo de vaciado de
3
200cm
de fluido en cuestion
3
200cm
de agua a
20
0
C
4 es adimensional, se trata de una unidad empírica basada en un enómeno 5*aciado de un depósito6 que es unción de la viscosidad. !os 4 no pueden utilizarse directamente en una órmula ísica, sino que =an de transormarse previamente en un sistema co=erente de unidades, mediante una ormula empírica como la propuesta por Cbbelo=de0 0.0631 cm ν = 0.0731∗ E − E s
2
0
0
3.".2 Viscos#metro )roo*%eld &viscos#metro continuo'
Determina un amplio rango de viscosidades 58 a 8) &6 bajo una baja velocidad de corte 5=asta 8 - s386. 2e usa principalmente para determinar la viscosidad a baja temperatura de aceites para engranajes, transmisiones autom'ticas, convertidores de torque y aceites =idr'ulicos para tractores, automóviles e industriales. >ambién se utiliza para medir la viscosidad de alimentos, especialmente almidones. !a temperatura del ensayo se mantiene constante en el rango de 3) a 3E/ 9. 4l viscosímetro analógico posee tres controles0 LABORATORIOS " UAO &r'ctica $( ). *iscosidad, viscosímetro tipo ori#cio y +roo#eld Agosto de -/
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4l s%itc= del motor para iniciar su marc=a
4l s%itc= de cambio de velocidad dada en rpm
4l 9lutc= que levanta y #ja el cuadrante para obtener la lectura.
4ste viscosímetro posee un mango de sostén que puede ser movido para bajar o subir segn la altura que se requiera; cuenta también con un cuadrante tipo burbuja para nivelar el viscosímetro a través de unos tornillos ubicados en la base del aparato. !a viscosidad del material que se prueba se obtiene de la siguiente orma0
32e #ja la aguja y se escoge las rpm
2e prende el aparato y se toma la lectura después de estabilizada la aguja.
4n la tabla adicional que trae el equipo, se lee el actor correspondiente al valor #jado 5rpm, nmero de aguja6 y éste se multiplica por la lectura tomada.
!ectura leida G actor, nos da un valor de viscosidad m&a × s
3. MATERIAL Y E4UIPO
*iscosímetro tipo ori#cio 59opa 7ndian'polis6
*iscosímetro +roo#eld
>ermómetro 5> ≥ 88(96.
+alanza.
&robeta de ) ml.
&robeta de -) ml.
9ronómetro.
Hec=ero.
Dierentes tipos de muestras.
5. PROCEDIMIENTO Viscos#metro de +ri%cio
).8 Determine la densidad de la sustancia I8. LABORATORIOS " UAO &r'ctica $( ). *iscosidad, viscosímetro tipo ori#cio y +roo#eld Agosto de -/
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).- Hida / ml de agua, determine su temperatura ambiente; agregue todo el volumen en la copa, teniendo precaución de taponar el ori#cio inerior. ).: 9ronometre el tiempo de vaciado )./ ?epita el procedimiento ).- y cronometre el tiempo de vaciado. ).) Hida / ml de la sustancia I8, determine su temperatura; agregue todo el volumen en la copa, teniendo precaución de taponar el ori#cio inerior. ). 9ronometre el tiempo de vaciado. ).< ?epita el paso ).) y cronometre el tiempo de vaciado. Viscos#metro )roo*%eld Análogo
).J 9alibre el viscosímetro ).K 4scoja las r.p.m. y el nmero de aguja a trabajar. ).8 Cbique la sustancia I8 en el viscosímetro, =aciendo coincidir el centro de ella con la punta de la aguja. +aje lentamente la aguja =asta la marca. ).88 4ncienda el aparato y espere cinco 5)6 vueltas =asta que la aguja se estabilice. ).8- Aprete el clutc= cada vez que pase la aguja por el visor para tomar la lectura. ).8: >ome cuatro lecturas. ).8/ ?epita los pasos anteriores 5).J a ).8:6 para la sustancia I8 a las temperaturas de :), /), )), ) y <)E9. ).8) ?epita el procedimiento de las preguntas ).J a la ).8: para la sustancia I-. Determine la densidad de esta sustancia. 6.
PRE INFORME 52e debe entregar al iniciar el laboratorio6
7nvestigue el principio por el cual se mide la viscosidad de las sustancias en cada uno de los dos instrumentos utilizados en la pr'ctica.
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. INFORME
2e debe realizar los c'lculos en dos sistemas de unidades0 2.7 y 2. 7nglés. <.8 9alcule para cada una de las muestras0 a6 Densidad especi#ca o absoluta. b6 Densidad relativa. <.- 9alcule para la muestra I8 y para los cuatro valores de la temperatura0 a6 Brados 4ngler. b6 *iscosidad cinem'tica. c6 *iscosidad din'mica o absoluta. <.: ?ealice una gr'#ca
µ vs
> para la muestra I8. Analice
tendencias e investigue por qué esta variable in"uye sobre la viscosidad. <./ 4labore una tabla de resultados. <.) 9ompare las viscosidades tomadas para la sustancia I8, con los dos instrumentos y analice cual da mayor precisión y exactitud. Lusti#que la respuesta. <. 9on base en la densidad y la viscosidad tomada para la sustancia I-, investigue el nombre de la sustancia de que se trata. <.< 9onclusiones. <.J bservaciones y recomendaciones.
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,(-F+,/( ,AC-CA 5 V-C+-/(,+ -+ +,-F-C-+ ),++F-(D
MUESTRA
MUESTRA
Nº1. O+&6&/
Nº1 B+//76$'
Densidad del agua Densidad sustancia 8 Densidad sustancia >emperatur a del agua >emperatur a sustancia 8 >emperatur a sustancia >iempo de vaciado del agua >iempo de vaciado de la sustancia 8 >iempo de vaciado de
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la sustancia V&)/)&'%' B+//76$'
>iempo de vaciado a :)E9 V&)/)&'%' B+//76$'
>iempo de vaciado a /)E9 >iempo de vaciado a ))E9 >iempo de vaciado a )E9 >iempo de vaciado a <)E9
Di'metro ori#cio0 MMMMMMMMMMMMM mm.
42>CD7A$>42
9ND7B
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,(-F+,/( ,AC-CA 5 V-C+-/(,+ -+ +,-F-C-+ ),++F-(D
MUESTRA
MUESTRA
Nº1. O+&6&/
Nº1 B+//76$'
Densidad del agua Densidad sustancia 8 Densidad sustancia >emperatur a del agua >emperatur a sustancia 8 >emperatur a sustancia >iempo de vaciado del agua >iempo de vaciado de la sustancia 8 >iempo de vaciado de la sustancia LABORATORIOS " UAO &r'ctica $( ). *iscosidad, viscosímetro tipo ori#cio y +roo#eld Agosto de -/
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V&)/)&'%' B+//76$'
>iempo de vaciado a :)E9 V&)/)&'%' B+//76$'
>iempo de vaciado a /)E9 >iempo de vaciado a ))E9 >iempo de vaciado a )E9 >iempo de vaciado a <)E9
Di'metro ori#cio0 MMMMMMMMMMMMM mm.
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