UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO-PUNO FACULTAD: Ingeniería Química ESCUELA PROFESIONAL: Ingeniería Química PRACTICA: Variación de la Viscosidad con la Temperatura y el pH ASIGNATURA: Fenómenos de Transporte PROFESOR: Edith Tello Palma ESTUDIANTE: Shelbi Yanela Arosquipa Pariapaza CÓDIGO:161107 SEMESTRE: V PUNO-PERÚ
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO – ALTIPLANO – PUNO PUNO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCULA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
HOJA DE EVALUACIÓN ASIGNATURA: FENÓMENOS DE TRANSPORTE REPORTE Nº 03 GRUPO DE PRÁCTICAS: Grupo
Código del alumno 161107
APELLIDOS Y NOMBRES Arosquipa Pariapaza Shelbi Yanela
ASPECTOS A EVALUARSE 1.-Presentacion de trabajo. 2.-Metodoloogia experimental. 3.-Resultados y discusión. 4.-Conclusiones y recomendaciones. 5.-Referencias Bibliografías. 6.-Anexos
PORCENTAJE 10% 20% 40% 10% 10% 10%
CALIFICACION FINAL:………………………………………..
FECHA DE ENTREGA:……………………………………………………
CALIFICACIÓN CALIFICACIÓN
GUIA DE PRACTICA Nº 03 VARIACION DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA Y EL pH I.
OBJETIVOS. Comprender la variación de la viscosidad con el pH. Comprender la variación de la viscosidad con temperatura. Identificar el comportamiento reológico de los fluidos: Newtoniano y No Newtoniano.
II.
FUNDAMENTOSA TEORICOS.
FLUIDO: Se denomina fluido a toda sustancia que sufre de formación continua cuando es sometida a la acción de un esfuerzo cortante, por muy pequeño que sea. CLASIFICACION D ELOS FLUIDOS SEGÚN COMPORTAMIENTO REOLOGICO. La clasificación de los fluidos según su comportamiento reológico puede establecerse de la siguiente forma: 1. Fluidos Newtonianos 2. Fluidos no Newtonianos: A. Fluidos independientes del tiempo: A.1 Fluidos sin tensión de cizallamiento inicial. A.1.1. Pseudoplasticos. A.1.2. Dilatantes. A.2 Fluidos con tensión de cizallamiento inicial. A.2.1. Plásticos de Bigham. B. Fluidos dependientes del tiempo: B.1 Reopecticos. B.2 Tixotrópicos. C. Viscoelásticos
III. PARTE EXPERIMENTAL. MATERIALES Y REACTIVOS. Material de vidrio, termómetro, tablero liso.
Muestras de sustancias liquidas: Yogurt, Miel, Agua, glicerina, Maicena, Ácido acético, sal NaOH, Colorante natural y mermelada. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Experimento Nº 01: 1. Colocar el tablero liso con una inclinación de 35 grados. 2. Medir la temperatura a la cual se encuentra el fluido y anotar su resultado en la tabla de resultados. 3. Deslizar por el tablero la muestra problema que se le proporciono primero a temperatura ambiente y segundo calentando el fluido en estudio a la temperatura de 40 ℃ , posteriormente, anotar en la tabla adjunta los resultados obtenidos. 4. Observar el fenómeno físico que ocurre y anotar sus resultados. 5. Discutir sus resultados. CALCULOS Y RESULTADOS. Tabla 1: Resumen de los Resultados obtenidos T T FLUIDO FLUIDO NO TIEMPO INICIAL TIEMPO FINAL MUESTRA INICIAL FINAL NEWTONIANO NEWTONIANO DESLIZAMIENTO DESLIZAMIENTO (℃ ) (℃ ) Leche
X
15
40
06seg 61ms
00seg 60ms
Yogurt
X
16
29.2
12seg
09seg 95ms
Mayonesa
X
16
40
04min 40seg 97ms
4min
Bebida Kriss
X
14
02seg 11ms
CONCLUSIONES: Observamos que las muestras varían su deslizamiento dependiendo de su temperatura, por ejemplo: la leche y yogurt se deslizan más rápido si aumentamos su temperatura ya que eso los hace más ligeros, en cambio la mayonesa y la bebida kris no sufren un alteración en su composición para que sean más fáciles de movilizarse, con la muestra de la mayonesa al calentarlo y realizar el experimento se enfría rápido la muestra y eso hace que no varié su desplazamiento. Experimento Nº 02: 1. Colocar el tablero liso con una inclinación de 35 grados. 2. Medir la temperatura a la cual se encuentra el fluido y anotar su resultado en la tabla de resultados. 3. Prepara una solución de maicena con agua. 4. En la mezcla preparada aplicar un determinado esfuerzo cortante. Reportar los resultados. 5. En la mezcla preparada colocar en la parte central una varilla de vidrio y girar rápidamente la mezcla. Reportar los resultados y explicar lo observado. 6. Prepara 04 vaso de precipitados en cada uno de ellos colocar en el primero 50 ml de vinagre, en el segundo 50ml de NaOH (0.1M), en el tercero 5g de sal, en el cuarto 50ml de alcohol posteriormente a cada uno de ellos agregar una porción de la solución de maicena con agua. Reportar los resultados obtenidos y explicar lo observado.
7. Deslizar por el tablero las ultimas muestras problemas obtenidos, posteriormente anotar en la tabla adjunta los resultados obtenidos. 8. Discutir sus resultados. REACTIVOS ( 50 ml )
pH
TEMPERATURA ( ℃ )
Agua + Maicena
5.68
16
Vinagre
1.85
16
NaOH
11.83
16
Alcohol
5.73
16
Agua + Sal
6.93
16
Tabla 2: Resumen de los Resultados obtenidos MUESTRA
FLUIDO NEWTONIANO
Solución de agua con maicena (1)
X
Alcohol + (1)
FLUIDO NO NEWTONIANO
X
TEMPERATURA INICIAL (℃ )
pH
25
5.68
16
6.42
05seg 92ms
Vinagre +(1)
X
16
Sal + (1)
X
16
6.54
00seg 86ms
16
11.94
01seg 52ms
NaOH +(1)
X
2.15
TIEMPO DE DESLIZAMIENTO
00seg 61ms
CONCLUSIONES: En la experimentación realizada observamos que: 1. Que la combinación de un ácido débil (alcohol) + un agua y maicena hace un ácido débil. 2. Que la combinación de un ácido fuerte (vinagre) + un agua y maicena hace un ácido fuerte. 3. Que la combinación de un ácido debil (sal + agua) + un agua y maicena hace un ácido débil, 4. Que la combinación de una base (NaOH) + un agua y maicena hace una base fuerte. Esto se debe a que el agua con la maicena trata de neutralizar las diferentes muestras con ácidos y bases, pero sin existo ya que solo disminuye o aumenta el pH de cada muestra en un mínimo de variación.
IV. CUESTIONARIO. 1. Buscar las técnicas de cómo se determina la viscosidad de los diferentes tipos de fluidos preparados esta práctica. a) Viscosímetros de burbujas Se emplea el viscosímetro de burbujas de BYK-Gardner para de- terminar rápidamente la viscosidad cinemática de líquidos conocidos, tales como resinas y barnices. El líquido patrón está sellado en tubos de vidrio Caducidad de 5 años Los tubos de muestra se limpian rápida y fácilmente Los tubos no tienen orificios que se obstruyan y causen erro- res de medición Se pueden realizar mediciones repetitivas fácilmente una vez que la temperatura se mantiene constante. El tiempo requerido para que la burbuja suba es directamente proporcional a la viscosidad del líquido - cuanto más rápido sube la burbuja, menor es la viscosidad. Los viscosímetros de burbuja de BYK-Gardner están deletreados en 4 juegos alfanuméricos, desde A5 hasta Z10 y cubren un rango de viscosidad de 0,005 a 1.000 stokes. Procedimiento viscosímetro burbujas Elija 4 tubos patrón cercano a la viscosidad de la muestra Llene el tubo de muestra con líquido y ciérrelo con un corcho. Coloque los 4 tubos patrón y el tubo de muestra en el soporte PV-0577. Gire el soporte y observe qué letra coincide con el tiempo de subida de la burbuja de la muestra El tiempo de subida de las burbujas, en segundos, de los tubos patrón y muestra, también se pueden determinar con un cronómetro
Tener en cuenta las siguientes exactitudes cuando se realice el ensayo: Temperatura ± 1 °C = 10% error Control vertical = 10% error Control ø interior tubo
± 0,1 mm
= 2% error
± 5 °C inclinación
b) Viscómetro Hoppler: Un Viscosímetro Höppler de Caída de Bola Tipo C mide de manera muy precisa la viscosidad de fluidos no Newtonianos transparentes y puede emplearse en el rango de temperaturas de -20 a 120ºC . Las determinaciones con este viscosímetro se basan en la medida del tiempo que tarda una bola en recorrer el espacio entre dos marcas extremas señaladas en el viscosímetro. Un viscosímetro tipo Höppler puede verse en la figura adjunta. El aparato contiene, como elemento fundamental, un tubo de vidrio de paredes gruesas que lleva marcadas dos señales anulares en las proximidades de sus extremos y que a su vez está inserto en otro tubo mucho más ancho destinado a alojar agua circulante como medio termostático. El conjunto se encuentra dispuesto en posición ligeramente inclinada en un soporte análogo al de un microscopio y puede ser girado 180º alrededor de un eje perpendicular a ambos tubos. El viscosímetro de Höppler es muy preciso y se emplea con frecuencia en la industria química (disoluciones de polímeros, disolventes, tintas) en la industria farmacéutica (excipientes, glicerina) y en la industria de la alimentación (gelatinas, disoluciones de azúcar), así como entre los fabricantes de aceites minerales. PROCESO DE MEDIDA Se pesan 10 g del producto, con humedad conocida, en una balanza de precisión, de respuesta rápida, para evitar incrementos de peso por higroscopicidad, y se vierten lentamente sobre un vaso de 800 ml previamente tarado, incluida la varilla magnética agitadora, que contiene, aproximadamente, 450 ml de agua de 20 º de dureza Agitar vigorosamente con agitador magnético para dispersar la sustancia problema.
Colocar la disolución en un baño o habitación termostatizado a 20 ºC durante todo el tiempo de agitación. Mantener después 1 hora agitando a 20 ºC. Evitar la entrada de burbujas de aire en la solución. Introducir la solución en el viscosímetro Höppler y se selecciona la bola adecuada a la viscosidad de la muestra.
CÁLCULOS El tiempo que tarda la bola en recorrer el espacio entre las dos marcas extremas del viscosímetro, se medirá varias veces y se promediarán los resultados. Este valor se multiplica por el factor de la bola utilizada, que se encontrará en el manual del equipo. El resultado da la viscosidad, expresada en mPa.seg, que equivalen a cPs. Viene dado por:
Donde:
T: indica el tiempo de caída, en segundos. Db: es la densidad de la bola. Ds: es la densidad de la solución preparada de la muestra. K: es la constante de la bola, tomada del manual del viscosímetro.
c) Viscosímetro giratorio de Couette: El fluido que se debe comprobar se pone en el espacio anular entre dos cilindros circulares concéntricos. Se hace girar un cilindro con respecto al otro. Las mediciones de momento de torsión y gradiente de velocidades se pueden correlacionar con la viscosidad, como se hace mediante una calibración con líquidos de viscosidad conocida. Los efectos de los extremos del cilindro se deben tener en cuenta o reducirse, si las lecturas de este dispositivo van a utilizarse para determinaciones precisas de la viscosidad. Un instrumento particular de este tipo puede ser útil para mediciones relativas, como, por ejemplo, al comparar la acción de fluidos diferentes. Existen instrumentos que son réplicas del viscosímetro giratorio de Couette; por ejemplo McMichael y Stormer son variaciones comerciales del tipo giratorio de viscosímetro. McMichael: En este instrumento el cilindro exterior se hace girar a velocidad constante y el interior se sostiene por medio de un alambre de torsión. Se utiliza una medición de la torsión angular del alambre al fin de obtener una lectura proporcional a las fuerzas viscosas que se ejercen.
Stormer: El cilindro exterior permanece estacionario y se aplica un momento constante al cilindro giratorio externo, por medio de un dispositivo de pesas y poleas. Se toma una medición del tiempo necesario para que se produzca cierto número definido de revoluciones en el cilindro interno. A veces, se sumerge en el fluido un disco plano horizontal o una taza de fondo abierto circular, o bien, una horqueta, en lugar de un cilindro circular interno.
USOS: Además de medidor de viscosidades el viscosímetro giratorio se emplea para verificar la fabricación de suspensiones, pinturas y productos alimenticios.
d) Viscosímetro de Ostwald: El viscosímetro Ostwald basa su funcionamiento en medir el tiempo que un fluido tarda en recorrer la distancia entre las dos marcas de un tubo especialmente diseñado. Es necesario por tanto un cronómetro para realizar la medida y un termómetro para determinar la temperatura del fluido y del agua para calibrar el viscosímetro. Está construido en vidrio y trabaja en Stokes, es decir, con viscosidad cinemática. Existen baños termostáticos para mantener los viscosímetros Ostwald a temperatura controlada. Para rellenar el instrumento de medida se puede utilizar un aspirador de pipetas, pero es importante retirarlo para hacer la lectura, ya que el vaciado que se controla del instrumento se hace con los extremos libres y verticalidad del aparato.
Procedimiento
1. Con una pipeta introduzca alcohol en la ampolla A hasta más de la mitad de la misma. Insufle aire de modo que le líquido llene el volumen V quedando un poco más arriba del enrase a. 2. Deje escurrir el líquido poniendo en marcha el cronómetro en el momento en que la superficie del líquido pasa por a y deteniéndolo en el momento que pasa por b. 3. Realice al menos 10 determinaciones del tiempo que tarda el líquido en escurrir desde a hasta b. 4. Vacíe el viscosímetro y séquelo. 5. Después de que el viscosímetro se halla secado y alcance nuevamente la temperatura ambiente repita el procedimiento con agua destilada y determine la viscosidad relativa del líquido respecto del agua. 6. Recuerde que si realiza varias medidas la dispersión de las mismas debe tenerse en cuenta en la estimación del intervalo de incertidumbre.
e) Viscosímetro de cannon – fenske: El viscosímetro de Cannon - Fenske está basado en el mismo principio que el viscosímetro de Ubbelohde. Se aplica únicamente a líquidos transparentes. Existen diversos tipos de viscosímetros Cannon - Fenske, en función de la viscosidad a medir, por lo que debe tomarse para el ensayo el que esté dentro del rango de viscosidades a medir.
PROCESO DE MEDIDA 1. Efectuar la medida con el viscosímetro limpio y seco. Si la muestra contiene o puede contener polvo o partículas en suspensión, se filtrará a través de una placa porosa.
2. Llenar el viscosímetro, a temperatura ambiente, colocándolo invertido en posición vertical y con el extremo de la rama con los bulbos sumergido en el líquido muestra. 3. En la posición indicada, succionar por la otra rama hasta que la muestre llene los dos bulbos y llegue exactamente hasta la marca de aforo inferior. 4. Una vez lleno el viscosímetro, se vuelve a su posición normal y el líquido descenderá a la bola inferior. 5. Montar el viscosímetro dentro de un baño termostático, de modo que quede sumergido todo el bulbo superior. Esperar unos 15 minutos para que el conjunto alcance la temperatura del baño. 6. Para efectuar la medida se succiona el líquido por medio de una goma flexible, conectada a la rama capilar, hasta que el líquido alcance la marca de aforo situada entre los dos bulbos. 7. Dejar caer libremente el líquido y medir el tiempo que tarda en pasar desde el primer aforo hasta el segundo. 8. Efectuar una nueva medida, sin limpiar ni desmontarle del termostato. Promediar las medidas en el caso de que no superen un ± 5 % de diferencia entre ellas.
CÁLCULOS
Calcular la viscosidad de la muestra, en centistokes, multiplicando el tiempo, en segundos, por la constante del equipo, a la temperatura del ensayo:
Siendo K la constante propia del equipo, generalmente en torno a 0.0129 cSt/seg.: En el caso de expresar la viscosidad en cP, se determinará la viscosidad absoluta:
Siendo d la densidad del líquido problema a la temperatura del ensayo.
2. Buscar la viscosidad de las muestra problemas que se utilizó en la práctica en bibliografía. VISCOSIDAD DE LA LECHE: Es mucho más viscosa que el agua esta mayor viscosidad se debe sobre todo a la materia grasa en estado globular y a las macromoléculas proteicas , las sustancias de solución intervienen en una pequeña parte el lactosuero es por lo tanto menos viscoso que la leche descremada y esta menos que la leche entera. La viscosidad es de 1.5 a 4.2 Cp. La viscosidad de la leche es la causa de la resistencia a la subida en los glóbulos grasos para formar la crema, la viscosidad disminuye con la elevación de la temperatura a 20°.La contaminación de ciertos microbios aumenta la viscosidad de la leche especialmente los Streptococus lácticos (la llamada leche filante).
VISCOSIDAD DEL YOGURT: Esta dada por su resistencia a fluir. La viscosidad aumenta con la disminución de la temperatura, incremento del contenido graso, homogeneización, fermentación ácida y el envejecimiento o maduración. Se expresa en centipoises. Agua: 1centipoise, Leche entera: 2.20 centipoises. La viscosidad juega un papel muy importante en la comercialización de algunos productos lácteos, tales como crema ácida, el yogur y aun en la misma leche pasteurizada, ya que el consumidor asocia lo glutinoso del producto con el contenido de grasa y supone que a mayor viscosidad mayor contenido de grasa.
VISCOSIDAD DE LA MAYONESA: La mayonesa es una emulsión aceite en agua, constituida básicamente por aceites vegetales comestibles, huevo o yema de huevo, vinagre y jumo de limón; (Gallegos et al., 1988) puede contener ingredientes facultativos, como clara de huevo de gallina, productos de huevo de gallina, azúcares, sal de calidad alimentaria, condimentos, especias, hierbas aromáticas, frutas y hortalizas, con inclusión de jugos de frutas y hortalizas, mostaza, productos lácteos y agua. (CODEX STAN 168-1989). La emulsión es formada mezclando lentamente el aceite con una pre-mezcla consistente de huevo, vinagre y mostaza, porque el mezclar el aceite de una
sola vez con la fase acuosa resultaría la formación de una emulsión agua-en-aceite (Liu et al., 2006). La mayonesa tiende a ser más inestable que muchas otras emulsiones alimentarias debida la gran cantidad de aceite emulsificado en relación a una cantidad de agua relativamente pequeña (García et al., 1988). El elevado contenido de aceite hace que el número de gotas emulsionadas sea muy elevado y que estén relativamente cerca una de otras. La distancia de separación entre las gotas depende de las fuerzas de atracción de Van der Waals y fuerzas de repulsión tanto electrostáticas como estéricas. El compacto empaquetamiento de las gotas de aceite justifica su consistencia. El comportamiento reológico de la mayonesa es muy complejo. Es un material que no cumple la ley de Newton de la viscosidad, pudiendo exhibir una variedad de efectos tales como umbral de fluencia y dependencia del tiempo y de la velocidad de cizalla. Además, sus propiedades pueden depender de la historia previa tanto térmica como de cizalla a la que ha sido sometida. Para caracterizarla no es suficiente con definir su comportamiento frente a la velocidad de cizalla, sino que es necesario determinar su dependencia con el tiempo de cizalla y el grado de componente elástica, responsable de la memoria que posee de deformaciones pasadas. Los métodos experimentales usados para el estudio reológico de las mayonesas son los de cizalla estacionaria y dinámica. En el primero se puede distinguir entre estacionario respecto al esfuerzo cortante y respecto a la velocidad, el cual, a su vez, puede ser realizado a velocidad constante o no (García et al., 1988). VISCOSIDAD DE NaOH: Viscosidad: 50% 78 cp (20ºC) 15 cp(50ºC) 30% 13 cp (20ºC) 4,2 cp(50ºC) 20% 4,2 cp (20ºC) 1,8 cp(50ºC)
3. Como varia la viscosidad con el pH. Curva de variación de la viscosidad y el pH
La importancia de lograr el control de la viscosidad con exactitud de la tinta y el pH está relacionada con beneficios tales como reducirse el consumo de la tinta mejores costos de producción reducción de los desperdicios, algo muy importante que obtenemos cuando controlamos la viscosidad y el pH en tintas base agua son los alto estándares de calidad de la impresión, fruto de los colores consistentes .esto beneficios ameritan un riguroso examen de los procesos para controlar viscosidad de la tinta y el pH 4. Buscar la viscosidad en bibliografía de los 10 primeros hidrocarburos saturados.
FUENTE: Cálculo de la viscosidad de hidrocarburos a partir de la ecuación cúbica de estado de jarrahian-heidaryan, V.
CONCLUSIONES.
VI.
BIBLIOGRAFIA.
Carrasco Venegas Luis, (2011) “Fenómenos de Transporte aplicaciones – con métodos numéricos” 1ra Edición. Empresa Editora Macro EIRL. Lima Perú.
Robert L. Mott (2010) “Mecánica de Fluidos Aplicada”. 4ta Edición, Prentice Hall, México. Bird R. B., Stewar W. E., Lightfood E. N., (2006) “ Fenomenos de Transporte” Edit. John Wiley
New York.
Perry R. H. y Chilton Cecil H. (1984) “Manual de Ingeniero Químico” Editorial Mc Graw Hill
Latinoamericana S.A. Colombia.
VII.
Giles Ronald V. (1977) “Mecánica de los fluidos e Hidráulica”, Mc -Graw – Hill de México
S.A. de C.V. Cátedra:Química Aplicada.FRLP-UTN. Laboratorio: Medida de viscosidad Autores: Ing. Lucas Mardones-Ing.Susana Juanto M.T. Jimenez-Munguia Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental – Universidad de las Américas Pueblas. San Andrés Cholula, Puebla C.P.72810 México. UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS “FACTORES ASOCIADOS A LA ADULTERACION COMERCIAL DE LECHES Y YOGURES ” AUTOR Q.F. LEILA CARPIO SANCHEZ.2001 GUAYAQUIL- ECUADOR CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD DE HIDROCARBUROS A PARTIR DE LA ECUACIÓN CÚBICA DE ESTADO DE JARRAHIAN-HEIDARYAN Revista Mexicana de Ingeniería Química, vol. 15, núm. 3, 2016, pp. 1019-1025 Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa Distrito Federal, México
ANEXOS.
