Métodos para determinar la viscosidad ¿Pero que es la viscosidad? Defnimos la viscosidad como la propiedad de un uido que orece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas, así de este modo la perdida de energía que este presenta debido a la ricción entre sus partículas es consecuencia de la viscosidad, a viscosidad es una propiedad importante de los uidos de peroración! "s decir a viscosidad la podemos dividir en dos clases importantes# $iscosidad din%mica# "s cuando se presenta movimiento en un uido & este desarrolla una tensión de corte, la tensión de corte puede defnirse como la uer'a requerida para desli'ar una capa de aire unitario de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia, sustancia, podemos encontrar que la magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de la velocidad entre dierentes posiciones del uido! $iscosidad cinem%tica# (epresenta la característica propia del líquido desec)ando las uer'as que genera su movimiento, obteniéndose a través del cociente entre la viscosidad absoluta & la densidad del producto en cuestión! *u unidad es el sto+e o centisto+e! "isten dos tipos de uidos# -n uido no ne.toniano es aquél cu&a viscosidad varía con el gradiente de tensión que se le aplica! /omo resultado, un uido no0ne.toniano no tiene un valor de viscosidad defnido & constante, a dierencia de un uido ne.toniano! 1unque el concepto de viscosidad se usa )abitualmente para caracteri'ar un material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mec%nico de algunas sustancias, en concreto, los uidos no ne.tonianos! "stos uidos se pueden caracteri'ar me2or mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esuer'o & los tensores de tensiones ba2o dierentes condiciones de u2o, tales como condiciones de esuer'o cortante oscilatorio! -n uido ne.toniano es un uido con viscosidad en que las tensiones tangenciales de ro'amiento son directamente proporcionales al gradiente de velocidades! -n buen n3mero de uidos comunes se comportan como uidos ne.tonianos ba2o condiciones normales de presión & temperatura# el aire, el agua, la gasolina & algunos aceites minerales! 1)ora )ablare sobre los instrumentos que nos sirven parar calcular la viscosidad de los uidos, el principal es el viscosímetro, pero no solo eiste un tipo!
¿4ué es un viscosímetro? "s un instrumento empleado para medir la viscosidad & algunos otros par%metros de u2o de un uido! 5ue 6saac 7e.ton el primero en sugerir una órmula para medir la viscosidad de los uidos, postuló que dic)a uer'a correspondía al producto del %rea superfcial del líquido por el gradiente de velocidad, adem%s de producto de una coefciente de viscosidad! "n 899: Poiseuille me2oró la técnica estudiando el movimiento de líquidos en tuberías! "isten viscosímetros de rotación & de vibración! os viscosímetros m%s utili'ados son# •
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$6*/;*(;;56"D# "l uncionamiento del viscosímetro >roo+feld se basa en el principio de la viscosimetria rotacional@ mide la viscosidad viscosidad captando el par de torsión necesario para )acer girar a velocidad constante un )usillo inmerso inmerso en la muestra de uido a estudiar! " $6*/;*;>A que uncionan determinando el torque requerido para lograr una cierta rotación! Ba& dos geometrías cl%sicas en este tipo de viscosímetro de rotación, conocidos como sistemas# C/ouetteC o C*earleC /;7; P1=;A los viscómetros emplean un cono que se introduce en el uido a una mu& poca proundidad en contacto con el plato $6*/;*67E"( 1l modifcar el viscosímetro giratorio de tipo /ouette cl%sico es posible combinar la precisión de la determinación de viscosidad viscosidad cinem%tica con un amplio rango de medición! $6*/;*; /apilar# "l método cl%sico es debido al ísico *to+es, consistía en la medida del intervalo de tiempo de paso de un uido a través de un tubo capilar! "ste primigenio aparato de medida ue posteriormente refnado por /annon, -bbelo)de & otros, no obstante el método maestro es la determinación de la viscosidad del agua mediante una pipeta de cristal! a viscosidad del agua varía con la temperatura, es de unos G,9HG mPaIs a JK grados /elsius & 8,GGJ mPaIs a JG grados /elsius! $6*/FM"=(; D" /16D1 D" >;1# /uando un cuerpo cae en un uido ba2o la inuencia de la gravedad, se acelera )asta que su peso queda balanceando por la uer'a de otación & la uer'a de arrastre viscosa que act3a )acia arriba, esta velocidad se conoce como velocidad =erminal =erminal el el viscómetro viscómetro de caída de bola bola utili'a este este principio, principio, asiendo que una bola esérica caiga libremente a través del uido & midiendo el tiempo requerido para que esta recorra una distancia conocida,
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$6*/FM"=(; D" ;*=L1D# "s qui'%s el modelo que m%s se )a utili'ado en la medida de viscosidades absolutas & relativas en líquidos puros & biológicos, en sus me'clas &, especialmente, en uidos ne.tonianos! *e basa en la le& de Poisseuille que permite conocer la velocidad de u2o de un líquido a través de un tubo, en unción de la dierencia de presiones ba2o las que se establece el despla'amiento! a simplifcación del tratamiento numérico acilita la epresión que se aplica en la medida eperimental! D"="(M671/6F7 D" 1 $6*/;*6D1D /;7 -7 $6*/;*;=# "l viscosímetro *a&bolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cu&o ondo est% un orifcio de dimensiones especifcas! especifcas! "l tubo de bronce es rodeado por un bao a temperatura constante! /uando la muestra en el tubo alcan'a la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para que NGml del líquido pasen a través del orifcio! a muestra se recoge en un rasco est%ndar calibrado! a unidad de medida es el tiempo en segundos requeridos para que NG ml de un uido u&an a través del orifcio a una temperatura dada! "sto es reportado como segundos *a&bolt universal Osus $6*/FM"=(; D" *"1("# "l cilindro eterior es f2o & el cilindro interior gira, mediante poleas, por la acción de dos pesos que caen! "l cilindro interior esta sometido a un par de arrastre, constante & conocido! a velocidad límite se alcan'a cuando el par de viscosidad equilibra el par arrastre!
1sí mismo eisten métodos empíricos para calcular la viscosidad! $iscosidad de gases puros a ba2a presión# 0=eoria cinetica de /)apman0ens+ong# /)a pman0ens+ong# *e basa en el modelo de lennar 2ones para la energía pontecial de interaccion entte dos moléculas del mismo gas! 0
Méto Método doss de de sti stiel el & t)o t)odo dos# s#
n es aquí una unción de temperatura reducida!
"ste métodos ue originalmente desarrollado para )idrocarburos puros, pero se puede emplear para otros gases no )idrocarburos ecepto el )idrogeno! $iscosidad de gases puros a alta presión 0
Diagra Diagrama ma de de visc viscosi osidad dad reduc reducida ida## no no eis eiste te un un valor especifco de presión a partir del cual se considere Q1ltaR! 7ormalmente los métodos para gases a ba2a presión comien'a a mostrar desviaciones signifcativas signifcativas a presiones presiones de 8G atm o ma&ores!
"n base al principio de estados correspondientes, es posible relacionar la viscosidad reducida SrTSUSc, con la temperatura & presión reducidas# "s mu& raro contar con datos eperimentales de la viscosidad viscosidad en el punto critco! *i se tiene un dato de viscosidad a otra temperatura & presión, entonces la viscosidad critica se puede estimar con SrTSUSc! en caso contrario se utili'a!
$iscosidad de me'clas de gases a ba2a presión! MV=;D; D" L6"# "ste método se basa en las racciones mol & de las viscosidades de los componentes puros a la misma temperatura! Para una me'cla binaria, este método se epresa como#
& para una me'cla multicomponentes se generali'a a#
$6*/;*6D1D D" M"W/1* D" E1*"* 1 1=1 P("*6F7 *e puede recomendar el método de ucas Oconsultar (eid et al!, Q=)e Properties o Eases and iquidsR! a a que este método método es capa' de de predecir correctamente correctamente la viscosidad viscosidad de
me'clas de gases a ba2a presión, se recomienda como método de uso general en programas de computadora! $6*/;*6D1D D" <4-6D;* P-(;* 67=(;D-//6F7 a viscosidad de un líquido disminu&e al aumentar la temperatura! *on pocos los modelos que permitan predecir la viscosidad de un líquido a partir de otra inormación conocida, por lo que generalmente se necesitan datos eperimentales, eperimentales, que se suelen correlacionar en la orma de la ecuación de 1ndrade#
MV=;D; D" $17 $"W"7 "ste es un método de contribución de grupos bastante eacto para compuestos org%nicos! "X=(1P;1/6F7 D" "L6*0*4-6("* *i sólo se tiene un dato de viscosidad, es posible obtener una estimación de la viscosidad a otra temperatura empleando la ecuación de e.is0*quires, aunque los errores pueden estar entre K a 8KY o ma&ores#
"5"/=; D" 1 P("*6F7 Para presiones relativamente ba2as, la presión tiene un eecto pequeo sobre la viscosidad! 1 presiones moderadas o altas, la viscosidad de líquido aumenta con la presión! "n este caso se puede usar la ecuación de ucas#
$6*/;*6D1D D" M"W/1* D" <4-6D;* ("E1* D" M"W/1D; Para una me'cla líquida de )idrocarburos se puede emplear la regla de me'clado propuesta por endall & Monroe#
Para una me'cla líquida defnida de no )idrocarburos, la regla de me'clado propuesta en el =ec)nical Data Manual es#
$6*/;*6D1D D" *-*P"7*6;7"* "M-*6;7"* "/-1/6F7 D" "67*="67 Para el caso de suspensiones de partículas sólidas en líquidos es posible en la ma&oría de los casos tratar este sistema de dos ases como si uera una sola ase )omogénea que tiene una viscosidad eectiva S e ! "l primer modelo que se desarrolló ue la ecuación de "instein, que aplica para suspensiones diluidas de eseras#
"sos son algunos métodos para calcular la viscosidad los eisten de manera teórica con ecuaciones empíricas & tablas, pero también )a& ormas pr%cticas para calcularlas con viscosímetros & dem%s instrumentos!
