DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD Rubén Omar Determinación experimentalmente de la viscosidad de diferentes fluidos, utilizando el viscosímet viscosímetro ro universal Sailbool.
OBJETIVO: Determinar la viscosidad de las sustancias aceite comestible, coca cola y el jugo de mango experimentalmente. Usando el equipo Viscosímetro Saybolt Universal.
INTRODUCCIÓN: Gases y líquidos poseen una propiedad conocida como viscosidad, que se define como la resistencia que una parte del fluido ofrece al desplazamiento de la otra. Puede pensarse que es causada por la fricción interna de las moléculas y está presente tanto en los gases ideales como en los reales y líquidos. Con respecto a la viscosidad, un fluido (gas ó líquido) puede diferenciarse de un sólido por su comportamiento cuando se somete a un esfuerzo (Fuerza por unidad de área) o fuerza aplicada. Un sólido elástico se deforma en una magnitud proporcional al esfuerzo aplicado. Sin embargo, cuando un fluido se somete a un esfuerzo, la deformación continúa, esto es, el flujo aumenta al incrementarse el esfuerzo. Un fluido exhibe resistencia a este esfuerzo. La viscosidad es la propiedad de un fluido que da lugar a fuerzas que se oponen al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Para gases a baja densidad, la viscosidad aumenta con un incremento en la temperatura, mientras que para los líquidos suele disminuir con un incremento en la temperatura. En gases, la cantidad de movimiento es transportada por las moléculas en vuelo libre entre colisiones, pero en los líquidos el transporte se lleva a cabo predominantemente en virtud de las fuerzas intermoleculares que experimentan pares de moléculas en medida aleatoriamente entorno a sus vecinas.
MATERIAL:
Viscosímetro saybolt universal Probeta de 250 mL Vaso de precipitado de 100 mL Tapón e hilo
Densímetro de 0.7-1.0 y 1.01.2 Papel higiénico Copa para saybolt universal
SUSTANCIAS:
Coca cola Aceite comestible Jugo de mango
PROCEDIMIENTO: 1.- se limpia todo el material a utilizar, se vierte la sustancia problema en la probeta de 250 mL y posteriormente se introduce el densímetro tomándose lectura de la densidad relativa. 2.- se coloca un tapón amarrado de un hilo en la parte inferior del tubo capilar y debajo de ello se coloca la copa para saybolt universal. 3.- se vierte un poco de la sustancia problema en el tubo capilar del viscosímetro saybolt universal hasta que este llegue al tope de su límite. 4.- al momento de retirar el tapón tirando del hilo, se le da iniciar al cronometro y este se detiene hasta que la sustancia problema allá llegado a la línea de aforacion de la copa. 5.- los datos obtenidos del experimento se utilizan para calcular la viscosidad utilizando los segundos y el peso específico de la sustancia problema. En el apéndice B- 6 del libro “Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías”. CRANE, Ed. Mc Graw Hill.
EVIDENCIA FOTOGRÁFICA:
CÁLCULOS: Sustancia
Peso específico
Aceite comestible Jugo de mango Coca cola
0.920 1.032 1.040
Centistokes 7.50 2.32 2.3
Viscosidad absoluta (centipoises) 6.75 2.30 2.20
La ecuación de la densidad relativa:
= La ecuación del peso específico:
í = La densidad del material es igual a la densidad del líquido. Y la densidad de referencia es la densidad del agua a la temperatura que se lleva el experimento. Por lo tanto la ecuación queda de la siguiente forma:
í = = = = = . = .
OBSERVACIONES: Al realizar la práctica la primera sustancia problema fue el aceite, la cual dio una lectura de 0.920 en el densímetro. Y en el viscosímetro tardo 34.75 segundos en pasar por el tubo capilar hasta llenar la copa en la línea de aforacion. La práctica con el jugo de mango y la coca cola, las densidades relativas fueron 1.032 y 1.040 respectivamente. Y el tiempo que tardaron las sustancias en pasar por el tubo capilar fueron de 10.75 segundos para el jugo de mango y 10.66 segundos la coca cola. Por lo que se puede concluir que mientras las sustancias tengan mayor densidad relativa el tiempo que tardara en pasar por el tubo capilar será menor. Por lo tanto mientras menor densidad relativa tenga la sustancia, el tiempo que tardara en pasar por el tubo capilar del viscosímetro saybolt universal será mayor al igual que su viscosidad.
MODELOS REOLOGICOS APLICADOS EN INGENIERÍA QUÍMICA
Reología es la rama de la física de medios continuos que se dedica al estudio de la deformación y el fluir de la materia Los modelos reológicos de un alimento procesado permiten simular la respuesta del material a un esfuerzo o deformación aplicada, al igual que predecir el comportamiento del material de acuerdo a su composición y su forma de preparación. Su aplicación se puede llevar a cabo cuando se tienen datos experimentales expresados en unidades fundamentales. La viscosidad es una propiedad de los líquidos que describe la magnitud de la resistencia por fuerzas de corte en el líquido.
LEY DE LA POTENCIA DE OSTWALD: Esta ecuación relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación según la expresión:
= () Siendo “k” el índice de consistencia, “n” el índice de comportamiento al flujo y sigma la viscosidad.
Para valores de n < 1 comportamiento de fluidos pseudoplásticos.
Por ejemplo: Zumos de naranja, derivados de tomate, zumo de frambuesa entre otros muchos productos.
Para valores n > 1, comportamiento de fluidos dilatantes.
Por ejemplo: Mieles de eucalipto, suspensiones de almidón y crema de cacahuates.
ECUACIÓN DE BINGHAM Este es un modelo para describir el comportamiento plástico, en él aparece un umbral de fluencia que debe de superarse para que el alimento empiece a fluir. La expresión de Bingham es la siguiente:
= 0 + (Donde σ0 es el umbral de fluencia y η es la viscosidad plástica.)
Este modelo se ha aplicado en el estudio del comportamiento de suero de puré de albaricoque, zumos naturales de manzana, geles de pectina entre otros.
ECUACIÓN DE HERSCHEL-BULKLE Resultado de la combinación de aspectos teóricos y prácticos de los modelos Plástico de Bingham y Ley de Potencia. La siguiente ecuación describe el comportamiento de un fluido regido por este modelo:
= + () Este modelo puede considerarse como una generalización de la ley de la potencia de Ostwald en la que se incluye: Un nuevo parámetro que es el umbral de fluencia (σ 0)
KH, es el índice de consistencia y n, es el índice de comportamiento al flujo. Esta ecuación se ha utilizado en el estudio reológico de zumos de naranja, purés de alborique, clara de huevo, zumo de kiwi, entre otros. Los parámetros reologicos de bastantes alimentos semilíquidos se ajustan a esta ecuación de HerschelBulkle.
MODELO DE CASSON Este modelo se utiliza mucho para calcular los valores del umbral de fluencia.
0.5 0.5 = + ()
KOC ha sido tomado como umbral de fluencia en numerosos trabajos. Este modelo se ha utilizado en el estudio del comportamiento de chocolate fundido, clara de huevo y derivados de tomate.
MODELO DE ROBERTSON –STIFF Un modelo hibrido de los modelos Ley de Potencia y Plástico de Bingham para representar lechadas de cemento y lodos. La ecuación que lo caracteriza es:
= ̇0 + ̇
El parámetro es considerado como una corrección a la tasa de corte, de modo que representa la tasa de corte requerida por un fluido seudo-plástico puro para producir el esfuerzo de cedencia del modelo de Bingham. Los parámetros se definen igual que en Ley de Potencia. Los modelos ya mencionados 0 dependen de ciertos parámetros para ser calculados. Esto dependerán de los valores dados los valores de corte y flujo.
̇ + ̇
