UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA INFORME N° 2 LABORATORIO LABORATORIO N° II: “DETERMINACIÓN DE LA L A VISCOSIDAD MÉTODO DEL VISCOSÍMETRO ROTACIONAL BROOKFIELD”
CATEDRA: FENÓMENOS DE TRANSPORTE PRESENTADO A: ING. VILCA MORENO O!"#$%& REALI'ADO POR:
GARCIA LAPA R&$#" DAMIAN VERASTEGUI M(!)""# LAURENTE QUISPE C#!"&* A"+!)%& NAVA NAVARRO RAVELO RAVELO ,)**(-# RAFAEL VIDAL ,&!%()
/#$-#0& 1 %) 3#0& %)" 241
DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD A TRAVES DEL VISCOSÍMETRO ROTACIONAL BROOKFIELD
2
CONTENIDO
I. INTRODUCCION II. OB,ETIVOS 2.1 OB,ETIVO GENERAL: 2.2 OB,ETIVOS ESPECÍFICOS: III. RESUMEN IV. MARCO TEORICO: 5.1. VISCOSIDAD 5.2. FLUIDO: 5.8. COESIÓN INTERMOLECULAR: 5.5. LA VISCOSIDAD DIN9MICA V. PARTE EPERIMENTAL: 6.1. EQUIPOS ; MATERIALES: 6.2. PROCEDIMIENTO: VI. CALCULOS: VII. CONCLUSIONES: VIII. CUESTIONARIO F/$-(&$#3()$>& %) "&* ?(*-&*@3)>!&* V(*-&*@3)>!&* !&>#-(&$#")* %((>#")* I. RECOMENDACIONES . BIBLIOGRAFÍA:
PAG.
5 6 6 6 7 7 7 7 7 12 12 12 18 1< 1= 1= 1= 24 21
8
I.
INTRODUCCION La mecánica de fluidos, como área de estudio, se ha desarrollado gracias al entendimiento de las propiedades delos fluidos, a la aplicación de las lees !ásicas de la mecánica, la termodinámica con una e"perimentación ordenada. De!ido al comportamiento #ue tienen algunos fluidos, se hace interesante su estudio, so!re todo el ni$el e"perimental, teniendo en cuenta #ue dicha sustancia posee ciertas propiedades tales como $iscosidad densidad, las cuales %uegan papeles principales en fluidos de canales a!iertos cerrados en flu%os alrededor de o!%etos sumergidos. &ste inter's en el estudio de los fluidos es a consecuencia de #ue en la $ida diaria no e"iste un fluido ideal. La $iscosidad es mu importante para el mane%o dise(o de las instalaciones industriales #ue !asan su funcionamiento en el flu%o de l)#uidos o gases *petróleo, aceites, !e!idas+, dise(o de es#uemas mecánicos *!om!as, tur!inas, compresoras de aire, etc.+ el dise(o para em!arcaciones na$egaciones #ue minimicen el efecto de arrastre el efecto de sustentación. Los parámetros n- *)ndice de comportamiento del flu%o+ - *)ndice de consistencia+/ son mu importantes a #ue con ellos se caracteri0an el tipo de fluido no ne1toniano, a sea pseudoplástico o dilatante, sin necesidad de graficar. &ste tra!a%o presenta además una clara sencilla interpretación de un con%unto de datos o!tenido en el la!oratorio #ue con auda de las teor)as dadas cálculos matemáticos apropiados se pudo determinar lo re#uerido en para esta práctica.
Los alumnos II.
O23&TI4O5
5
2.1 OB,ETIVO GENERAL:
Caracteri0ar e"perimentar el fluido del ogurt a tra$'s del $iscos)metro rotacional 2roo6field.
2.2 OB,ETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar la $iscosidad de un fluido no ne1toniano del ogurt.
Caracteri0ar un fluido a tra$'s del gráfico.
Determinar 6 *)ndice de consistencia del fluido+ n *)ndice del comportamiento del fluido+.
6
III.
R&5U7&N
Los fluidos no ne1tonianos son a#uellos cuo comportamiento reo lógico no o!edecen a la le de Ne1ton de la $iscosidad cual es en caso del ogurt.
8ara determinar la $iscosidad del ogurt se determina por el m'todo del $iscos)metro rotacional de 2roo6field, para el cual tu$imos #ue aprender algunos pasos para su respecti$a utili0ación.
&l $iscos)metro digital 2roo6field tiene su principio de operación en la rotación de un e%e el cual está sumergido en el fluido de prue!a por medio de un resorte cali!rado.
&l arrastre $iscoso del fluido contra el e%e es medido por des$iación del resorte.
&sa des$iación es medida con un transductor rotatorio el cual pro$ee una se(al de corte. 5u rango se da en centipoises *Cp o m8a9s+, es determinado por la $elocidad rotacional del e%e su tama(o *spingle+, el recipiente en el cual el e%e está rotando, el tor#ue de la escala completa del resorte cali!rado. Dando una $iscosidad de fluido en R87.
I4.
7:RCO T&ORICO;
IV.1. VISCOSIDAD 5eg
IV.2. FLUIDO: 5eg
IV.8. COESIÓN INTERMOLECULAR: 5eg
IV.5. LA VISCOSIDAD DIN9MICA 5e define como;
Donde es la tensión tangencial *se opone al mo$imiento+ normal al mo$imiento.
es la dirección
7
La unidad fundamental en el sistema c.g.s. es al poise, definido como
&n la práctica, se utili0a en centipoise, #ue es la cent'sima parte de un poise. Unidades en el 5I; =>? @ =8aAs? @ =6gAm9BAs9B?/ otras unidades; B 8oise *8+ @ B9B 8aAs @ =B9B 6gAs9BAm9B?
IV.6. LA VISCOSIDAD CINEM9TICA: 5e define como;
Donde
es la densidad del fluido.
La unidad fundamental es el stoke
:un#ue en la practica se utili0a el centistoke *C5T+. Unidades en el 5I; =m.s9B? Imaginemos un !lo#ue sólido *no fluido+ sometido a una fuer0a tangencial, por e%emplo, una goma de !orrar so!re la #ue se sit
<
Deformación de un sólido por la aplicación de una fuerza tangencial .
Euente; &n los l)#uidos, el pe#ue(o ro0amiento e"istente entre capas adacentes se denomina viscosidad . &s su pe#ue(a magnitud la #ue le confiere al fluido sus peculiares caracter)sticas/ as), por e%emplo, si arrastramos la superficie de un l)#uido con la palma de la mano como hac)amos con la goma de !orrar, las capas inferiores no se mo$erán o lo harán mucho más lentamente #ue la superficie a #ue son arrastradas por efecto de la pe#ue(a resistencia tangencial, mientras #ue las capas superiores fluen con facilidad. Igualmente, si re$ol$emos con una cuchara un recipiente grande con agua en el #ue hemos depositado pe#ue(os tro0os de corcho, o!ser$aremos #ue al re$ol$er en el centro tam!i'n se mue$e la periferia al re$ol$er en la periferia tam!i'n dan $ueltas los trocitos de corcho del centro/ de nue$o, las capas cil)ndricas de agua se mue$en por efecto de la $iscosidad, disminuendo su $elocidad a medida #ue nos ale%amos de la cuchara. Ca!e se(alar #ue la $iscosidad sólo se manifiesta en fluidos en mo$imiento, a #ue cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la #ue no act
=
$ol
Donde; U; 4iscosidad :!soluta 7O; 7omento H; 4elocidad :ngular ; :ltura del cilindro #ue gira RB; Radio del cilindro R; Radio del cilindro e"terno Descripción del $iscos)metro rotacional 2roo6field; 4iscos)metro rotacional de cilindros coa"iales, totalmente controlado por ordenador, para la determinación de la $iscosidad de sustancias en estado l)#uido. &l principio de medida se !asa en aplicar una $elocidad de giro constante medir la resistencia *par de torsión+ #ue ofrece la muestra al giro del rotor. 5e dispone además de un horno el'ctrico cerámico controlado por un programador de temperaturas para la medida de la $iscosidad a $arias temperaturas, $arios %uegos de rotores programas espec)ficos en entorno Hindo1s para la e%ecución del ensao el tratamiento de los datos seg
7odelo; 2roo6field D49III 2 con horno Thermosel programador de temperatura.
•
Rango de $elocidades; ,B a J R87
•
Rango de $iscosidades; BK a .. m8a.s
•
Rango de temperaturas; J a M C
14
:plicaciones Determinación de las propiedades de los ligantes !ituminosos en estado l)#uido *a altas temperaturas+ para o!tener los diagramas de 4iscosidad9Temperatura. Con ellos se deduce la facilidad de mane%o del ligante, las temperaturas de fa!ricación de las me0clas !ituminosas de compactación as) como la suscepti!ilidad t'rmica a alta temperatura. Una aplicación más espec)fica es la determinación de la $iscosidad a BMJ C de acuerdo con la norma :5T7 D , $alor e"igido en las recientes especificaciones 5R8 norteamericanas. Eigura NF; $iscos)metro modelo 2roo6field.
Euente; propia
11
4.
8:RT& &P8&RI7&NT:L;
V.1.
EQUIPOS ; MATERIALES: a+ Un $aso de precipitación de B mL. !+ 4iscos)metro de 2roo6field c+ Un termómetro d+ Un esta!ili0ador e+ Una $arilla f+ Una pro!eta g+ Qogurt mL
V.2.
PROCEDIMIENTO:
&l siguiente e"perimento es un !os#ue%o para preparar una medición de $iscosidad en un $aso precipitado *apro"imadamente de ml. de S cm. de diámetro+.
a+ Colo#ue el guardar rotor en el $iscos)metro D4 &. &ste seguro #ue el motor est' apagado *OEE+ antes de colocar el rotor. 5eleccione el rotor colo#ue en el e%e del instrumento. Le$ante el e%e lentamente, mant'ngalo firmemente con la mano mientras atornillas el rotor con la otra *notar el hilo a la mano i0#uierda+. &$itar ponerlo empu%ando este lado en el e%e.
!+ Insertar centrar el rotor en el material de prue!a hasta #ue el ni$el del fluido se sumer%a hasta la ranura del e%e del rotor. Con un rotor tipo disco, alguna $eces es necesario inclinar el rotor le$emente, mientras sumergimos e$itar !ur!u%as de aire en su superficie. *Usted
12
puede encontrar la más con$eniente inmersión de rotor en esta manera antes de fi%arlo en su $iscos)metro+.
c+ 8ara preparar una medición de $iscosidad, seleccione una $elocidad seguir las instrucciones. 8ermita un periodo de tiempo para #ue la lectura indicada sea esta!le. &l tiempo re#uerido para la esta!ili0ación dependerá de la $elocidad a la cual está corriendo las caracter)sticas del fluido de la muestra. 8ara e"actitud má"ima, lecturas menos de B de!erán e$itarse.
d+ Cam!ie el interruptor del motor *7OTOR ONGOEE+ a la posición OEE- cuando desee cam!iar un rotor o muestras. Remue$a el e%e antes de limpiarlo.
e+ Tra!a%ar por lo menos cuatro $elocidades diferentes anotar la $iscosidad le)da para hallar el gráfico respecti$o. 4I.
C:LCULO5;
PARA EL ;OGURT B. 8RI7&R: 8RU&2: &3& NFM; &sta prue!a se reali0a con el rotor 5KM #ue tiene como factor .B 8ara hallar *9d4Gd"+ aplicamos las re$oluciones por minuto con respecto al factor del rotor 5KM; 9d4Gd" @ BV .B @.B µ
@.BVS.S@.SS
τ xy = - µ
dv y dx
@.BV.SS@.MKBS
18
CP
U (cp) 20 30 50 60 100
%
98.9 50 61.9 43.3 32.1
dVy/dx 21 26.1 35 27.6 34.1
µ
4.41 5.481 7.35 5.796 7.161
0.989 0.5 0.619 0.433 0.321
4.36149
2.7405
4.54965
2.509668
2.298681
Wraficando el T" $s d4Gd"; T"
*9d4Gd"+
.MKBS
.B
.J
J.B
.JSKJ
.MJ
.JSKK
J.SK
.SKB
.BKB
7.106 1.2958 0.8569
Linear (7.106 1.2958 0.8569)
Linear (7.106 1.2958 0.8569) 1.1
1.07
1.05 1
f(x) = - 5.54x + 1.63 R² = 1
0.95
(dVydx)
0.92
0.9 0.85 0.8 0.1
0.11
0.11
0.12
0.12
0.13
0.13
0.14
Txy
•
4iscosidad aparente @ 6.68<
15
y
=
a
b
+
x
Q @ 22.488.5=P
5&WUND: 8RU&2: &3& NF; &sta prue!a se reali0a con el rotor 5K #ue tiene como factor .S 8ara hallar *9d4Gd"+ aplicamos las re$oluciones por minuto con respecto al factor del rotor 5KM; d4Gd" @ MV .S @ 7.14 µ
4.4181.=4.81=
τ xy = - µ
dv y dx
CP
7.14[email protected]<15 U -
24 84 64 4 144
H
81.= 8< 16 15 =.
%V0%J 85 .2 5.1 5.5 6.1
7.14 1.2=6< 4.<6= 4.=1= 1.46=
4.81= 2.2<15 4.8< 4.5=2545 4.16 4.12<686 4.15 4.12<755 4.4= 4.142825
Wraficando el T" $s d4Gd"; T"
*9d4Gd"+
2.2<15
7.14
4.5=2545
1.2=6<
4.12<686
4.<6=
4.12<755
4.=1=
4.142825
1.46=
16
7.106 7.106 1.2958 0.8569
Linear (7.106 1.2958 0.8569)
Linear (7.106 1.2958 0.8569) 1.1
1.07 f(x) = - 5.54x + 1.63 R² = 1
1 (dVydx)
0.92
0.9 0.8 0.1
0.11
0.11
0.12
0.12
0.13
0.13
0.14
Txy
4iscosidad aparente @ 9 6.68< y
=
a
+
b
x
0 6.68
1
4II.
•
•
• •
CONCLU5ION&5;
5e midió la $iscosidad de diferentes fluidos utili0ando un $iscos)metro rotacional. 5e determinó el comportamiento reologico de los fluidos mediante una tecnolog)a adecuada operación del e#uipo llegando a la conclusión de #ue el ogurt tiene un comportamiento pseudoplastico. 5e aprendió el uso del $iscos)metro rotacional. se anali0ó el comportamiento de un fluido de uso comercial con auda del $iscos)metro rotacional !roo6field. se determinó una $iscosidad #ue
•
presentó al t'rmino de la práctica los siguientes resultados; o La $iscosidad del fluido es; 9J.JM De lo determinado anteriormente podemos concluir diciendo #ue se alcan0aron los o!%eti$os tra0ados.
17
4III. CU&5TION:RIO a EJ"(-#! )" !($-((& %) +/$-(&$#3()$>& %) "&* ?(*-&*@3)>!&* !&>#-(&$)*
L&* ?(*-&*@3)>!&* *&$ ($*>!/3)$>&* %(*)#%&* 0 )*)-(#"(#%&* #!# !)#"(#! "# 3)%(-($ %)" $(?)" %) ?(*-&*(%#% %) +"/(%&*. T#3($ )!3(>)$ 3)%(! &>!&* #!3)>!&* %) +"/& %) "&* +"/(%&*. P&! "& )$)!#" "&* ?(*-&*@3)>!&* >()$)$ "# ##!()$-(# %) >/&* -#("#!)* -#"(!#%&*. F/$-(&$#3()$>& %) "&* ?(*-&*@3)>!&* S/ +&!3# )$)!#" %) +/$-(&$#3()$>& )* #-)! /) /$ +"/(%& #*) # >!#?* %) "&* >/&* 3#$>)$()$%& /$# >)3)!#>/!# -&$>!&"#%# %/!#$>) /$ >()3& )*)-@+(-&. L& /) !)*/"># %) )*>) !&-)%(3()$>& )* "# 3)%(-($ %) "# -#$>(%#% %) +"/(%& /) !)-&!!) /$# %(*>#$-(# %)>)!3($#%# )$ /$ >()3& %)>)!3($#%&. E*>& )!3(>) )*>#")-)! )" $(?)" %) ?(*-&*(%#% %) /$ +"/(%&. V(*-&*@3)>!&* !&>#-(&$#")* %((>#")* P#!# #*)/!#! /$# 3)%(-($ )J#-># %)" $(?)" %) ?(*-&*(%#% %) +"/(%&* "&* ?(*-&*@3)>!&* !&>#-(&$#")* %((>#")* *&$ "# )")--($ #%)-/#%#. E*>&* *&$ -&$>!&"#%&* # >!#?* %) /$ 3(-!&!&-)*#%&! )*>& )"(3($# &! -&3")>& "&* )!!&!)* /3#$&* #" 3&3)$>& %) ($>)!!)>#! "#* 3)%(%#* %) ?(*-&*(%#%. S/ $(?)" %) )J#->(>/% 0 !)-(*($ )$ "#* 3)%(%#* )* #">& &! "& !)/"#! -/)$>#$ -&$ %(*&*(>(?&* %) 3)%(-($ 0 -&$>!&" %) >)3)!#>/!# %)" +"/(%& #$#"(#%& #!# #!#$>(#! /$ #3()$>) -&$*>#$>) %) 3)%(-($. E*>& !)!)*)$># /$# ?)$>## !)*)->& %) "&* &>!&* %&* >(&* %) ?(*-&*@3)>!&* 0# /) )* (3&!>#$>) -&$&-)! "# >)3)!#>/!# # "# /) *) *&3)>) /$ +"/(%& /)*>& /) *># ($+"/)$-(# %(!)->#3)$>) #" $(?)" %) ?(*-&*(%#%. Q/) +/$-($ -/3") )" #/>& !#$& Determina la $iscosidad otras caracter)sticas reologicas, cuenta con un displa digital #ue muestra directamente la lectura de la $iscosidad en centipoices, centisto6es,etc
1<
IP.
R&CO7&ND:CION&5
1
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2 8
1=
P.
2I2LIOWR:EX:;
2IRD, R. *BS+. FENOMENOS DE TRASORTE! &58:Y:; Re$erte 5. :.
E:I&N, R. H. *BS+. FENOMENOS DE TRASOR"E #$RSO $N%&ERS%TAR%O! 5:NT: E& D& 2OWOT:; 7c WR:H ILL.
WUZ7:N, I. :. *+. SO'$#%ONAR% FENOMENOS DE TRANSORTE! LI7:98&RU; 5an 7arcos.
INW. 4ILC: 7OR&NO, O. *BK+. 'A(ORATOR%OS DE FENOMENO DE TRANSORTE! U:NC:QO9UNC8; copias.
24
