Practica No.5

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LABORATORIO INTEGRAL I Ingeniería Química Practica #5 Medición de la Viscosidad Profesor: • Norman Edilberto Rivera Pasos Integrantes: • Álvarez Carrillo Alejandra • Fabela Quevedo José Ernesto • Galaviz Romero Fernando • Gaytan Cabrera Israel • López Mora Aguarena Marisol • Solís Aguilar Diana Laura Marzo / 2017

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Page 1: Practica No.5

LABORATORIO INTEGRAL I Ingeniería Química

Practica #5

Medición de la Viscosidad

Profesor:

• Norman Edilberto Rivera Pasos

Integrantes:

• Álvarez Carrillo Alejandra

• Fabela Quevedo José Ernesto

• Galaviz Romero Fernando

• Gaytan Cabrera Israel

• López Mora Aguarena Marisol

• Solís Aguilar Diana Laura

Marzo / 2017

Page 2: Practica No.5

INDICE

Introducción…………………………………………………………………….…….1

Objetivo………………………………………………………………………………1

Marco Teórico………………………………………………………………………...1

Material……………………………………………………………………………….4

Procedimiento………………………………………………………………………...5

Observaciones………………………………………………………………………...6

Imágenes..…………………………………………………………………………….6

Resultados…………………………………………………………………………….7

Conclusiones………………………………………………………………………...10

Referencias…………………………………………………………………………..11

Anexos………………………………………………………………………………11

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Introducción

La presente práctica es acerca de la obtención de la viscosidad por diferentes viscosímetros con

diversas sustancias, las cuales estuvieron a diferentes temperaturas. Además tiene como finalidad

el dar a conocer los resultados obtenidos y hacer una comparación entre los diferentes

viscosímetros.

Objetivo:

Determinar experimentalmente la viscosidad.

Determinar la viscosidad empleando los diferentes viscosímetros.

Determinar la viscosidad a diferentes temperaturas con diferentes sustancias.

Comparar los resultados obtenidos entre los viscosímetros y compañeros.

Marco teórico:

La viscosidad es la propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos sencillos.

Es normalmente conocida como comportamiento de fluidez o resistencia a la caída. La viscosidad

se describe como la resistencia interna de un fluido a circular o fluir y sin embargo debe ser una

medida del rozamiento o fricción del fluido.

Para ciertos líquidos, la viscosidad es constante y solo depende de la temperatura y presión. Este

grupo se denominan líquidos Newtonianos.

Los líquidos que no siguen esta relación proporcional son denominados fluidos no-Newtonianos.

Viscosidad Dinámica

Proviene de la Ecuación de Newton de la Viscosidad:

La ecuación anterior nos sirve para definir la constante de proporcionalidad, la cual es:

Que se denomina coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta, viscosidad dinámica (debido a que

está relacionada con la fuerza), o simplemente viscosidad del fluido. Las dimensiones de la

viscosidad absoluta son fuerza por unidad de área partido por el gradiente de velocidad.

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Una unidad muy utilizada para la viscosidad en el sistema (CGS) es el poise (P), denominado así

en honor a Jean Louis Poiseuille.

Viscosidad Cinemática (Ν)

Denominada por que la fuerza no está involucrada en las dimensiones, quedando únicamente la

longitud y el tiempo, como en cinemática. De esta forma:

La viscosidad cinemática se mide habitualmente en m2/s en el sistema internacional, y en ft

2/s en el

sistema británico de unidades.

La viscosidad de los fluidos es la responsable de la disipación de energía en forma de calor en el

flujo de los mismos. Son dos las causas que originan esa viscosidad:

1. Las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas

2. El intercambio de cantidad de movimiento debido a la transferencia de moléculas de unos

puntos a otros.

De acuerdo con estos dos factores, pueden explicarse las variaciones de la viscosidad con la

temperatura y la presión, para los líquidos y los gases.

En los líquidos, la viscosidad es sensible a la temperatura y disminuye al aumentar ésta. Eso se

debe a que predomina la disminución de las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas.

En cuanto al efecto de la presión, la viscosidad de los líquidos aumenta muy ligeramente con ella,

siendo el agua una excepción, pues en ella la viscosidad primero disminuye y luego aumenta con la

presión.

En los gases, la viscosidad aumenta con la temperatura, aproximadamente de acuerdo con una

expresión. Eso es debido a que en los gases las fuerzas de cohesión ya son pequeñas, y en cambio

es importante el aumento de intercambio de cantidad de movimiento. Las moléculas gaseosas al

calentarse se desplazan más rápidamente, pero hay más choques y más efectos de frenado de unas

capas sobre otras.

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En cuanto a la influencia de la presión, es poco importante, aumentando la viscosidad con ella,

especialmente en las proximidades del punto crítico.

Los viscosímetros son instrumentos diseñados y especializados para realizar la medición del nivel

de viscosidad de fluidos. También permiten medir otros parámetros de flujo de los fluidos.

Viscosímetro Brookfield

El funcionamiento del viscosímetro Brookfield se basa en el principio de la

viscosimetria rotacional; mide la viscosidad captando el par de torsión necesario

para hacer girar a velocidad constante un husillo inmerso en la muestra de fluido

a estudiar.

El par de torsión es proporcional a la resistencia viscosa sobre el eje sumergido,

y en consecuencia, a la viscosidad del fluido.

Viscosímetro de Copa Zahn

La Copa Zahn es un recipiente en acero inoxidable, taladrado de un agujero calibrado y

proveído de un largo punado.

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. Los resultados se dan en segundos Zahn a la temperatura

específica.

Viscosímetro Stormer

Este viscosímetro consiste de dos cilindros concéntricos, uno fijo en el

cual se introduce la muestra, y un cilindro móvil. Una pesa, descendiendo

por efecto de la fuerza de gravedad, transmite el moviendo al cilindro

móvil a través de una serie de engranajes, provocando un esfuerzo cortante

sobre el fluido, inducido por las paredes del cilindro al girar. Además se

basa en el tiempo en que el disco tarda en dar 100 revoluciones.

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Viscosímetro Ostwald

Se utiliza para líquidos newtonianos. La determinación de la viscosidad está basada

en el tiempo que tarda determinado volumen del líquido en fluir a través de un

orificio. Conociendo todas las medidas del viscosímetro se puede calcular la

viscosidad absoluta aplicando la fórmula de Hagen-Poiseuille.

El viscosímetro de Ostwald es de vidrio posee un ensanchamiento en forma de

ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se une

a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una

primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación

complementaria.

Material:

I. Para el Viscosímetro Brookfield

2 Vasos de Precipitado de 250 ml

Aceite de cocina

Viscosímetro Brookfield

Parrilla

Guantes

Termómetro

Papel

6 Lentes de seguridad

II. Para el Viscosimetro Ostwald

Perilla

Alcohol

Acetona

Cronometro

Agua

Viscosímetro Ostwald

III. Para el Viscosimetro Zahn

3 Vasos de Precipitado de 250 ml

Viscosímetro de Zahn

Glicerina

Aceite

Alcohol

Balanza Granataria

Parrilla

Termómetro

Cronometro

Guantes

6 Lentes de seguridad

IV. Para el Viscosímetro Stormer

Parrilla

Viscosímetro Stormer

Guantes

Glicerina

Termómetro

Cronometro

1 Vaso de Precipitado de 600 ml

Agua

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Procedimiento:

I. Para el Viscosímetro Brookfield

1. Ir por el material.

2. Lavar el material.

3. Armar el viscosímetro y equilibrarlo correctamente.

4. Calibrar el viscosímetro y colocar el husillo seleccionado.

5. Vaciar el aceite en uno de los vasos de precipitado.

6. Colocar el vaso con el aceite y bajar lentamente el viscosímetro hasta que el husillo llegue

al tope indicado.

7. Iniciar la medición prendiendo el motor.

II. Para el Viscosímetro Ostwald

1. Ir por el material.

2. Lavar el material.

3. Vaciar el alcohol en el viscosímetro

4. Pipetear hasta que el alcohol llegue a la burbuja superior

5. Dejar caer el alcohol

6. Tomar el tiempo en que tarde en descender.

7. Repetir lo anterior para la acetona.

III. Para el Viscosímetro Zahn

1. Ir por el material.

2. Lavar el material.

3. Vaciar el alcohol, aceite y glicerina en los vasos de precipitado.

4. Seleccionar la copa y la sustancia a la cual se va medir la viscosidad.

5. Sumergir la copa en la sustancia elegida y retirarla con cuidado.

6. Tomar el tiempo en que tarda en escurrir toda la sustancia por el orificio.

IV. Para el Viscosímetro Stormer

1. Ir por el material.

2. Lavar el material.

3. En la parrilla calentar agua a 100 grados Centígrados.

4. Revisar que en el viscosímetro no exista algún problema.

5

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5. Vaciar el agua en uno de los cilindros un centímetro abajo del cilindro interior.

6. Vaciar la glicerina en el cilindro interior hasta el tope.

7. Tomar la temperatura.

8. Colocar el viscosímetro en posición.

9. Hacer la primera medición dejando caer la pesa y tomar el tiempo en que tarda dar 100

revoluciones.

10. Repetir el paso anterior 20 veces.

Observaciones:

Con el viscosímetro Zahn se tuvo que cambiar varias veces de copa usando aceite ya que cada copa

tiene un tiempo límite y el aceite lo sobrepasa. Además con la Glicerina hubo problemas ya que al

medir su viscosidad en temperatura ambiente tardaba más del tiempo permitido en las copas por lo

cual se tuvo que poner a calentar.

En el viscosímetro Brookfield se pudo notar que además de darnos la viscosidad en cps la puede

dar en porcentaje.

Con el viscosímetro Stormer conforme va bajando la temperatura el tiempo era

mayor para dar 100 revoluciones.

Se realizaron varios intentos en cada viscosímetro para tener un dato acertado.

A continuación se muestran imágenes de la práctica:

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Resultados:

I. Viscosímetro Brookfield

Datos Obtenidos

Viscosidad μ

Sustancia Husillo Temperatura Cps Poises Kg/m s

Aceite #4 50 C 32 0.32 0.032

#4 45 C 28 0.028 0.0028

II. Viscosímetro Zahn

Datos Obtenidos

Factor de Conversion

K C

Copa No.1 1.1 29

Copa No.2 3.5 14

Copa No.3 11.7 7.5

Copa No.4 14.8 5

Copa No.5 23 0

Formula ƞ = k( t - C)

Viscosidad ƞ

Sustancia Copa Temperatura Intento Tiempo (seg) Cst Stokes m2/s

Alcohol No. 1 24 C #1 27.42 -1.74 -0.017 -1.74E-06

24 C #2 27.33 -1.84 -0.018 -1.84E-06

Aceite No. 1 24 C #1 47.46 20.31 0.203 2.03E-05

24 C #2 46.89 19.68 0.197 1.97E-05

Glicerina No.2

35 C #1 54.76 142.66 1.427 1.43E-04

35 C #2 49.73 125.06 1.251 1.25E-04

35 C #3 53.57 138.50 1.385 1.38E-04

PesoVaso Kg 0.06892 Pesos (Kg)

Volumen

(m3) ρ Viscosidad μ

Alcohol

0.19108 0.0002

955.4 -0.0016605

0.19108 955.4 -0.0017551

Aceite

0.22788 0.0002

1139.4 0.02313666

0.22788 1139.4 0.02242225

Glicerina

0.19028

0.0002

951.4 0.13572672

0.19028 951.4 0.11897733

0.19028 951.4 0.13176414

7

Page 10: Practica No.5

IIl. Viscosímetro Stormer

Datos Obtenidos

Obteniendo la ecuación de recta:

De:

255.1

:_1__

66666.16

)666666.0*200(150

:_

6666.0200350

150250

:

1

:

12

12

x

ObtenemosecuenSustiyendo

b

mxyb

bmxy

bObteniendo

xx

yym

mObteniendo

m

bt

m

Ecuacion

x Viscosidad μ

Sustancia Medicion Temperatura C Tiempo (seg) Cps Kg/m s

Glicerina 1 61 30.5 20.75 0.0208

2 55 31.07 21.605 0.0216

3 53 32.59 23.885 0.0239

4 52 33.9 25.85 0.0259

5 50 34.85 27.275 0.0273

6 49 38.18 32.27 0.0323

7 48 40.07 35.105 0.0351

8 46 44.12 41.18 0.0412

9 45 49.5 49.25 0.0493

10 43 58.78 63.17 0.0632

11 42 62 68 0.0680

12 41 63 69.5 0.0695

13 40 68 77 0.0770

14 39 74 86 0.0860

15 38 74 86 0.0860

16 37 81 96.5 0.0965

17 36 89 108.5 0.1085

18 35 96 119 0.1190

19 34 102 128 0.1280

Ecuación 1

Ecuación que usaremos para

obtener la viscosidad en cps,

donde x será el tiempo

8

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0.0100

0.0200

0.0300

0.0400

0.0500

0.0600

0.0700

0.0800

0.0900

0.1000

0.1100

0.1200

0.1300

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Vis

cosi

da

d e

n K

g/m

s

Temperatura en Centigrados

Viscosidad vs Temperatura

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

19 24 29 34 39 44 49 54 59 64 69 74 79 84 89 94 99 104 109 114 119 124 129

Tie

mpo (

seg)

Viscosidad en cps

Viscosidad vs Tiempo

9

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lV. Viscosímetro Ostwald

Datos Obtenidos

Con la siguiente formula obtenemos la viscosidad:

Despejando ƞ, Obtenemos:

Calculando ƞrel:

Para ƞ0 = 0.000000935 m2/s

Sustancia Intento Densidad

kg/m3

Temperatura Tiempo (seg) ƞrel ƞ m2/s

Alcohol #1 791 21 174 5.99836306 5.6085E-06

#2 791 21 176 6.06730976 5.6729E-06

Acetona #1 800.83 21 51.07 1.78243298 1.6666E-06

#2 800.83 21 49.27 1.71960981 1.6078E-06

Agua

Destilada #1 997.62 23 95 4.13043478 3.862E-06

Conclusión:

En esta práctica pudimos aprender a usar los viscosímetros logrando determinar la viscosidad de

cada sustancia que empleamos, de acuerdo a la teoría y a lo hecho en laboratorio podemos también

concluir que conforme va disminuyendo la temperatura la viscosidad suele ir aumentando. Además

notamos que es importante el conocer el viscosímetro antes de utilizarlo ya que algunos no son tan

adecuados para medir la viscosidad de ciertas sustancias como nos sucedió con Zahn que al hacer

el cálculo nos dio una viscosidad negativa siendo esto imposible, esto se debió a que no utilizamos

la copa adecuada para la sustancia.

Dónde:

t Son de la sustancia a calcular.

00t Son del agua.

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Referencias:

Recuperado de: https://marcanord.files.wordpress.com/2013/01/viscosidad-rdmc.pdf

Recuperado de:

http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema3/pagina_07.htm

Recuperado de: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/18860/Capitulo5.pdf

Recuperado de: http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos/melweb08_Brookfield.htm

Anexos:

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