REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL (U.N.E.F.A)
PRACTICA No 3: DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DE LOS LÍQUIDOS
Profesor:
Integrantes:
Ing Jimena González
Álvarez D, Jesús U.
C.I: 24.145.625
Auxiliares:
Conace N, María M.
C.I: 22.556.227
Ing. Rafael Aguiar
Martínez F, Heriberto A. C.I: 21.098.077
Ing. William González
Pereira P, Carmina I.
C.I: 20.699.394
Urbano C, Mariela N.
C.I:18.470.992 C.I: 18.470.992
Viera C, Jorge A.
C.I:18.039.655
Sección Ma Grupo I Equipo D
Valencia, 11 de mayo de 2013
OBJETIVOS Objetivo General:
Medir con diferentes instrumentos (viscosímetro de Brookfield, viscosímetro de Cannon-Fenske, copas ZAHN) la viscosidad de los líquidos a las condiciones del laboratorio.
Objetivos Específicos:
Conocer las leyes que aplican para el funcionamiento del viscosímetro.
Identificar las variables que afectan las mediciones a realizar, para determinar la viscosidad de un líquido.
Determinar la viscosidad de un líquido utilizando el viscosímetro de Brookfield, el viscosímetro Cannon-Fenske y las copas de Zanh.
La finalidad de la presente practica es la medición de la viscosidad de ciertas sustancias lo que permitirá tener presente la resistencia que tiene dicho fluido a oponerse al movimiento y por ende poder tener los datos necesarios para su posterior traslado mediante la implementación de tuberías.
MARCO TEÓRICO Origen y Concepto de Viscosidad El concepto de viscosidad nació con Newton, cuando en su obra "Philosophiae Naturalis . Principia Matemática" afirmó que la resistencia ejercida, y que surge a partir de ”
una falta en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí. De este modo, se establece la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área necesario para producir un gradiente de velocidades en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad un factor que describe "la capacidad de deslizamiento de un fluido" (más tarde esta constante de proporcionalidad fue llamada viscosidad). La hipótesis propuesta por Newton se suele representar con un esquema en el que se muestra dos superficies de superficie A, separadas por una distancia Y, estando una de ellas sometida a una fuerza F que le provoca una velocidad V. De manera más generalizada y resumida se puede decir que la viscosidad es: la propiedad que define el grado de fluidez o deformación de una sustancia, o sea, el grado de resistencia que opone el fluido al esfuerzo cortante que se le aplica y que obliga su escurrimiento.
Fluido Los gases y los líquidos son fluidos, concretamente por su movilidad al deformarse debido al efecto de cualquier fuerza externa por muy pequeña que sea. Además, los líquidos se diferencian de los gases porque prácticamente son incompresibles, mientras que los gases son compresibles debido a que las moléculas que lo constituyen pueden aglutinarse o expansionarse ocupando todo el espacio que disponen en el recipiente o conducto donde se encuentran. En cambio, los sólidos no comparten esta propiedad sino que bajo el efecto de una fuerza tangencial sufren inicialmente una deformación elástica que de continuarse alcanza el límite elástico tolerable provocándoles una ruptura o sea una deformación permanente e irreversible y nunca llegan a escurrirse. La palabra fluido proviene del latín "Fluere" que significa fluir. Los fluidos entonces recipiente que los contiene.
Fluido Newtoniano y Fluido No Newtoniano En el caso en que la relación entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación es lineal, se dice que el fluido es newtoniano, en cualquier otro caso se dice que el fluido es no newtoniano. A la relación matemática que existe entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación se le denomina ecuación constitutiva.
Viscosidad Absoluta La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante, Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.
Densidad La densidad es la propiedad que expresa la cantidad de masa que tiene una sustancia contenida en un volumen, o en términos diferenciales entre. Sus fórmulas son el cociente de la masa entre el volumen, La densidad no tiene propiedades direccionales, es decir es un valor escalar.
Viscosidad dinámica Se puede definir o medir por el tiempo en que un líquido tarda en fluir a través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Su unidad es el centiPoise. Es muy utilizada en fines prácticos.
Viscosidad cinemática Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que generan su movimiento. Se define como el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del producto en cuestión. Su unidad es el centiStoke.
Viscosímetro Instrumento utilizado para medir la viscosidad de los líquidos. Consiste en una pequeña vasija en cuyo fondo existe un orificio calibrado y de tamaño conocido, y en la que se vierte un volumen conocido de líquido. El tiempo que éste emplea en fluir por el orificio es una medida de su viscosidad. Los líquidos no son perfectamente fluidos sino viscosos, es decir, tienden a oponerse a su flujo cuando se les aplica una fuerza. La viscosidad viene determinada por la fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes. Con el viscosímetro se mide la viscosidad relativa del líquido respecto a la del agua, que se toma como unidad. La viscosidad relativa es directamente proporcional a la densidad del líquido y al tiempo que éste tarda en fluir por el orificio, e inversamente proporcional al tiempo que invierte en fluir el mismo volumen de agua. Como la temperatura influye mucho en el valor de la viscosidad, las medidas deben realizarse a la misma temperatura.
Viscosímetro empírico Su funcionamiento está enmarcado en el flujo de gravedad de un líquido a la salida de un recipiente, se mide el tiempo necesario para vaciar cierto volumen de un determinado líquido, entre los principales viscosímetros empíricos se tienen: Engler: cuyo volumen es 200 cm 3. Saybolt Universal: cuyo volumen es 60 cm 3. Reywood I: cuyo volumen es 50 cm 3.
Viscosímetro absoluto Se basan directamente en la ley de Newton sobre viscosidad y se sub divide en tres tipos los cuales son:
Esfera de caída libre (Hoppler): consiste en un recipiente pequeño que contiene fluido viscoso, se introduce una pequeña esfera, la cual parte del reposo y rápidamente alcanza la velocidad limite, está basado en la segunda Ley de Newton.
Rotación: una pieza cilíndrica o esférica rota frente a otra de forma similar, la separación esta lubricada con una película de fluido al que se le desea medir la viscosidad.
Plano inclinado: sobre un plano inclinado, lubricado con el líquido que es motivo de estudio, se deja desplazarse libremente un cuerpo del cual se conoce con anterioridad valores como son: su área de contacto con la superficie lubricada y su peso, luego se espera a que dicho cuerpo alcance la velocidad límite para estas condiciones.
Viscosímetros de cilindros coaxiales Este tipo de viscosímetros consta de dos cilindros, uno interno, y otro externo, los cuales permiten al viscosímetro de cilindros coaxiales realizar la medida de la viscosidad absoluta de un fluido, su uso de manera general está orientado a medir viscosidades de productos como pinturas, productos alimenticios entre otros.
Método de Brookfield El método consiste en efectuar una serie de dimensiones de viscosidad mediante un viscosímetro de tipo rotacional sobre una muestra de pintura u otros materiales que tengan propiedades tixotrópicas de alta viscosidad, con propiedades reológicas dependientes del tiempo. Consta de un cabezal con un elemento rotatorio en el que se inserta una aguja o disco y de una horquilla que enmarca la zona de la aguja. Posee dos tipos de rotores: cilíndricos y en forma de disco. La precisión varía conforme a la velocidad del viscosímetro y con el grado de viscosidad de la muestra. La repetibilidad y la reproducibilidad de la lectura de viscosidad deben estar dentro del 10%, excepto las lecturas de viscosidad inicial a la más baja velocidad.
Viscosímetro Cannon-Fenske El método de Cannon-Fenske es un viscosímetro que entra de la clasificación de viscosímetros de capilares de vidrio, este consiste en un capilar calibrado, a través del cual pasa un líquido a una temperatura controlada en un tiempo específico, dependiendo del tiempo que el fluido tarda en recorrer el capilar se determina la viscosidad. Se aplica únicamente a líquidos transparentes.
Viscosímetro de Copas ZAHN El viscosímetro copa ZAHN es también conocido como viscosímetro de orificio o de copa. Se emplea normalmente para medir y controlar las propiedades de flujo en la manufactura y aplicaciones de tintas, pinturas y adhesivos. Sus mediciones no son muy precisas. 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. El principio de su funcionamiento se basa en que la copa se llena y se mide el tiempo necesario para que se vacíe. Los resultados se dan en segundos ZAHN a la temperatura específica.
ECUACIONES A UTILIZAR Viscosidad dinámica
Dónde:
Viscosidad cinemática
Dónde:
Viscosidad por el método de Brookfield
Dónde: V=Viscosidad de Brookfield; (cP) L=valor medio de las dos lecturas dadas como validas K=coeficiente que depende de la relación entre la relación y el vástago utilizado
Índice de viscosidad o Ecuación de Deanny-Davis
Dónde:
Viscosidad por el método Cannon-Fenske
Dónde:
MONTAJE A. Montaje del viscosímetro de Brookfield. (E)
(Pd) (Bd)
(CA)
N
(TC)
(TC
Tb
(S) (T) B Figura1.
B. Montaje del viscosímetro Cannon-Fenske A
B
Figura 2.
C. Copas ZAHN
Copas Orificio Figura 3.
MÉTODO OPERATORIO A. Viscosímetro de Brookfield A1. Arranque: 1. Verificar los instrumentos a usar en esta experiencia y si se encuentran en buen estado. 2. Tomar nota de los instrumentos en mal estado y hacerlo llegar al auxiliar del laboratorio. 3. Reconocer las partes del equipo (figura; 1). 4. Nivelar el viscosímetro. Ver figura 1; parte T. 5. Atornillar la aguja sujetando el tornillo y girando en el sentido de las agujas del reloj. 6. Verter en el recipiente o Beacker aproximadamente 500ml del fluido en estudio, evitando las burbujas en el mismo y llevarlo a la temperatura. 7. Girar el TC de la figura1; para colocar el recipiente debajo del cuerpo del viscosímetro. 8. Con el TC de la figura1; introducir la aguja en el medio del líquido de prueba hasta que la marca de la misma este a nivel con la superficie del fluido. 9. Fijar la velocidad de giro (rpm) con el TB de la figura1;
A2. Operación: 1. Verificar en estricto orden todos los pasos de arranque para luego así poner en funcionamiento el equipo. 2. Poner en funcionamiento el disco de lectura colocando el encendido en la posición ON; ver figura 1; parte E. dejarlo girar un minuto aproximadamente o hasta que la lectura sea estable. 3. Obtener la lectura colocando en forma simultanea la parte E y Pd en OFF.
A3. Parada: 1. Elevar el viscosímetro con la parte TC.
2. Destornillar la aguja, colocarlas en un soporte adecuado para lavarla con el solvente adecuado utilizando un cepillo suave. 3. Repetir si es necesario el arranque, la operación y la parada con cada una de las agujas hasta alcanzar el rango deseado. 4. Calcular la viscosidad con la siguiente ecuación (Ec III) una vez conocida la relación aguja-velocidad (rpm). 5. Tomar nota de los cálculos obtenidos. 6. Verificar nuevamente el estado de los instrumentos usado y hacérselo conocer a su auxiliar de laboratorio. 7. Dejar todo limpio y ordenado.
B. Viscosímetro de Cannon-Fenske. B1. Arranque: 1. verificar los instrumentos a usar en esta experiencia y si se encuentran en buen estado. 2. Tomar nota si un instrumento está en mal estado y hacérselo conocer a su auxiliar de laboratorio. 3. Reconocer el equipo (figura; 2).
B2. Operación: 1. Verificar cada uno de los pasos del arranque con la finalidad de realizar bien la operación. 2. Fijar el baño a la temperatura que se le indique. Para que el líquido de prueba alcance e iguale la temperatura del baño térmico esperar aproximadamente 10 min. 3. Succionar en el extremo superior del tubo A y llevar el líquido por encima de la marca. 4. Medir el tiempo de flujo después de haber retirado la succión para saber cuánto tarda el menisco del líquido ver figura; 2, en pasar el aforo A al aforo B.
5. Verificar el tiempo de flujo repitiendo el paso 3 y 4 de la operación. Anote los datos obtenidos.
B3. Parada: 1. Calcular la viscosidad cinemática (Ec. V). 2. Limpiar los instrumentos con los implementos necesarios. 3. Verificar nuevamente los instrumentos que estén en buen estado y hacérselo saber al auxiliar del laboratorio.
C. Copas ZAHN. C1. Arranque: 1. Verificar los instrumentos a usar en esta experiencia y si se encuentran en buen estado. 2. Tomar nota de los instrumentos en mal estado y hacerlo llegar al auxiliar del laboratorio. 3. Reconocer las partes del equipo (figura; 3). 4. Verificar que las copas ver figura 3 parte (Cp) se encuentren limpias y en caso que no se encuentren limpiarlas. 5. Seleccionar la copa más apropiada según las características del líquido. 6. Asegurar que la copa no obtengas residuo de material es decir que esté totalmente limpia.
C2. Operación: 1. Verificar en estricto orden los pasos de arranque con finalidad de realizar bien la operación. 2. Ajustar la temperatura del material a examinar. 3. Sumergir en el Beacker donde se encuentra el líquido de prueba el cual debe estar libre de espuma o burbujas, la copa en posición vertical como se muestra en la figura; 3. 4. Medir la temperatura del fluido contenido en la copa.
5. Accionar el cronometro en el momento en el que se separa la copa del líquido en su totalidad y observar la salida del líquido por el orificio observar la figura 3. 6. Detener el cronometro en el momento en que se interrumpa la continuidad del fluido. 7. Anotar el tiempo obtenido y realice la prueba de arranque y operación 3 veces.
C3. Parada: 1. Calcular el valor de la viscosidad. Conociendo el tiempo de descarga y la tabla de conversión para cada copa que se encuentra disponible en la práctica. 2. Limpiar la copa con el solvente apropiado y cuidar de no dejar residuos en el interior ni en el orificio. 3. Limpiar los instrumentos con los implementos necesarios. 4. Verificar nuevamente los instrumentos que estén en buen estado y hacérselo saber al auxiliar del laboratorio.
TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS Tabla I: Datos del viscosímetro Brookfield No de veces
sustancia
Velocidad
) oC; Presión (
Temperatura (
Lectura final
Viscosidad
No de agujas
) mmHg
Tabla II: Datos del Viscosímetro Cannon-Fenske
sustancia Tamaño
Temperatura (
Rango de viscosidad cinemática
) oC; Presión (
) mmHg
Tiempo 1 (s)
Tiempo 2 (s)
Tabla III: Datos de Copas de ZAHN No Copa
sustancia
Temperatura ( ) oC; Presión (
Tiempo de Descenso
) mmHg
Tabla IV: Resultados del Viscosímetro de Brookfield sustancia
Viscosidad
Temperatura ( ) oC; Presión ( ) mmHg
TABLAS DE REFERENCIAS Tabla V: Toxicología de la Melaza Compuesto
Composición
Uso
Es un buen suplemento Factor energético, con un alto para contenido de hidratos de carbono simples, de un agradable sabor y que contiene los minerales: potasio,
MELAZA
hierro, fósforo, calcio y sodio.
Propiedades
Precauciones
agregante Aaspecto físico vienen Esta no tiene efectos mejorar a estar dados por ser nocivos para la salud
estructura de suelo
un líquido denso y oscuro, el cual se
sin embargo no es
de obtiene de la recomendable energía para la flora extracción tanto de la las personas benéfica del suelo caña de azúcar como Fuente
inicial
para que
sufren de azúcar en
Aumenta la materia orgánica del suelo Es
recomendado
para niños en pleno crecimiento.
(Fuente: Jorge Viera y otros 2013).
de los azúcares de la la sangre, ya que remolacha.
esta podría provocar una alta de azúcar
BIBLIOGRAFÍA Mecánica de Fluidos. Streeter,V. Mc.Grau Hill, 2ª Ed., (1963). Resnick, R., Halliday, D. y Krane K. S., Física,
Vol. 1,
(CECSA, 5ª edición, México,
2004). Sears, F. W., Zemansky, M. W., Young, H. D. y Freedman, R. A., Fisica Universitaria Vol. 1,
(Pearson Educación, 11ª Edición, México, 2004).
Sears, F. W., Zemansky, M. W., Física 1981).
General ,
(Addison Wesley, 5ª Edición, España,
