Instituto Tecnológico de Mexicali

Practica: Calculo de viscosidades

Materia: Laboratorio integral I

Profesor: Norman Rivera Pasos

Fecha: Viernes 28 de Agosto 2015

Integrantes:

García Aguilera Paulina

Martínez Moreno Miroslava

Meza Green Leonardo Alfonso

Navarro Orrantia Alicia

Meza Alvarado Jair Alexis

García Flores Víctor Emmanuel

Amador Liera Karen Esperanza

Ceballos Soto Alexandra

Título:

“Cálculos de Viscosidad”

Objetivo:

Medir experimentalmente la viscosidad de la glicerina, aceite vegetal y aceite de

bebe, a diferentes condiciones, con la ayuda de tres equipos de viscosímetros.

Introducción:

Los líquidos a diferencia de los sólidos tienen la capacidad de poder fluir, es decir,

si se pone en movimiento a un líquido, éste al moverse trata de permanecer todo

junto, y es precisamente atribuida su virtud de ser viscosos.

Para poder medir la viscosidad de un fluido existen equipos llamados

viscosímetros los cuales nos dan un valor de viscosidad dinámica o cinematica.

Marco teórico

Viscosidad:

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es

debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos

presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una

aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene

viscosidad se llama fluido ideal.

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la

viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de

velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad

dinámica. Generalmente se representa por la letra griega .

Se conoce también otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática, y se

representa por . Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la

viscosidad dinámica por la densidad del fluido:

Medidas de la viscosidad

La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la

temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:

Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ. En unidades en el SI:

[µ] = [Pa·s] = [kg·m−1·s−1] ; otras unidades:

1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1]

Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al

cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido. ν =

μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m².s−1]. En el sistema cegesimal es el stokes —

St—).

Viscosímetros:

Un viscómetro (denominado también viscosímetro) es un instrumento empleado

para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido.

Viscosímetro de Stormer

En este equipo se introduce la sustancia a analizar en el espacio comprendido

entre un cilindro fijo (externo) y uno móvil (rotor interno). El rotor es accionado a

través de unas pesas y se mide el tiempo necesario para que este rotor gire 100

veces. Mientras mayor es la viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a

deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las 100

revoluciones. Con este viscosímetro es posible medir viscosidades absolutas y

viscosidades relativas.

Viscosímetro Copa Zahn

Las copas Zahn son aplicadas para determinar la viscosidad de los modelos de

fluidos newtonianos y aproximadamente newtonianos.

Cada taza tiene una manija de 12 pulgadas enlazada para permitir que la taza sea

sumergida manualmente dentro de un envase conteniendo líquido. En el centro de

esta manija se encuentra un anillo para sostener la taza en posición vertical

durante la prueba.

Características

Simple y durable

Rango de cerca de 20 a 1.800 centistokes

Copa en forma de bala de acero inoxidable

Viscosímetro Brookfield

Este instrumento ofrece unas características sofisticadas, su pantalla digital de

fácil lectura permite disponer cómodamente de datos en % , convertible fácilmente

en unidades cps.

Lectura en pantalla: Viscosidad (cps o mpas), escala %, Velocidad (rpm), aguja

utilizada.

Mediciones

Viscosímetro de Stormer

Instrucciones para el uso del equipo.

Llenar el vaso de prueba hasta el tope de las veletas que se encuentran a

los lados. Recordar que siempre que se hagan las pruebas el fluido debe

estar hasta el mismo nivel.

Después de terminar una prueba remplazar/limpiar el vaso donde esta

contenido el fluido.

Elevar la plataforma que suspende al baño y el vaso de prueba hasta que el

fluido este al menos .6 cm sobre el rotor. Si es necesario agregar fluido.

Asegurarse que la plataforma este elevada de manera en que pueda

detenerse.

Colocar el termómetro. Permita que el sistema alcance equilibrio térmico y

registre la temperatura.

Ajustar la pesa con la cantidad deseada generalmente se manejan 25, 50 y

100 gramos.

Procedimiento de laboratorio

Limpieza de material y equipo

Calibración de rotor y centralización del soporte que contiene el vaso de

prueba y el baño.

Ajuste de pesa de tal manera que no existiese fricción en el cilindro.

Se calentó el agua hasta 100 C para elevar la temperatura de la glicerina

por medio de baño por los diferentes mecanismos de transferencia de calor.

Se colocó glicerina hasta el tope de las veletas.

Se colocó el termómetro

Tomar las mediciones necesarias utilizando el tacómetro.

Cálculos

Los datos obtenidos fueron:

Medición

Temperatura

segundos

1

45

56.53

2

46

54.25

3

47

49.92

4

48

46.5

5

49

45.15

6

50

44.75

7

52

42.9

8

55

29.21

9

59

26.02

10

60

24.27

11

61

23.4

12

63

22.88

13

65

20.97

14

69

20.8

Utilizando la ecuación de la recta en dos puntos la cual es

despejando el valor de x basándonos en las gráficas proporcionadas por el

profesor

µ = (1.3)(t)+75

Aplicando la formula obtuvimos los siguientes resultados

µ (centipoises

)

µ (pa*s)

148.489

0.148489

145.525

0.145525

139.896

0.139896

135.45

0.13545

133.695

0.133695

133.175

0.133175

130.77

0.13077

112.973

0.112973

108.826

0.108826

106.551

0.106551

105.42

0.10542

104.744

0.104744

102.261

0.102261

102.04

0.10204

Resultados:

Medicion

Temperatura

segundos

µ (centipoises

)

µ (pa*s)

1

45

56.53

148.489

0.148489

2

46

54.25

145.525

0.145525

3

47

49.92

139.896

0.139896

4

48

46.5

135.45

0.13545

5

49

45.15

133.695

0.133695

6

50

44.75

133.175

0.133175

7

52

42.9

130.77

0.13077

8

55

29.21

112.973

0.112973

9

59

26.02

108.826

0.108826

10

60

24.27

106.551

0.106551

11

61

23.4

105.42

0.10542

12

63

22.88

104.744

0.104744

13

65

20.97

102.261

0.102261

14

69

20.8

102.04

0.10204

Grafica Viscosidad vs Tiempo en 14 mediciones (glicerina)

Viscosimetro Copa Zahn

Modelos

No. de Cat Descripción Rango en

Centistokes

Diámetro de

orificio

Aplicación

BL-Z1 Copa de inmersión de viscosidad N°1

5 -56 .08'' Liquidas muy delgados

BL-Z2 Copa de

inmersión de viscosidad N°2

21 -231 .11'' Aceites delgados,

mezcla de pinturas y lacas

BL-Z3 Copa de

inmersión de viscosidad N°3

146 - 848 .15'' Aceites medianos,

mezcla de pinturas,

esmaltes

BL-Z4 Copa de inmersión de viscosidad N°4

222 - 1110 .17'' Líquidos viscosos, mezclas

BL-Z5 Copa de

inmersión de viscosidad N°5

460 - 1840 .21'' Líquidos

extremadamente viscosos y

mezclas

Parámetros Técnicos

Volumen de la copa (ml) 44 ± 1

Numero de Copa 1 2 3 4 5

Diámetro interior del orificio 2.0 2.7 3.8 4.3 5.3

Coeficiente de corrección 0.95 - 1.05 (25 ºC 0.2ºC)

Materiales y Equipo

Viscosímetro de Zahn

Termómetro

Cronómetro

2 Vasos de precipitado de 500ml

2 Vasos de precipitado de 250ml

Guantes

Glicerina

Aceite Vegetal

Aceite de bebe

Procedimiento

1) Limpie la copa con un solvente apropiado antes y después de usar la copa

en su prueba.

2) Seleccione la copa adecuada para controlar el flujo de tiempo entre 20 y 80 segundos. Los rangos de viscosidad de varía según la copa.

3) Sumerja la copa dentro del contenedor de 1 a 5 minutos para alcanzar el

equilibrio térmico y luego, en posición vertical, retire la copa de la materia prima suave y rápidamente

4) Cuente el tiempo a partir del momento en que el fondo de la copa deje de estar en contacto con la superficie del líquido. Mantenga la copa vertical

todo el tiempo que el líquido esté fluyendo y la distancia entre la copa y la superficie del líquido sea menor a 150 mm.

5) Deje de contar cuando se observe el primer punto de quiebra. La cantidad

de segundos de tiempo de flujo serán el valor numérico de viscosidad.

6) El margen de error de entre valores probados deberá ser menor a 5% del valor promedio.

Cálculos y Resultados

Sustancia Numero de Copa Diámetro interior

del orificio

Tiempo

Glicerina 4 4.3 9.85 seg

Aceite vegetal 2 2.7 14.59 seg

Aceite de bebé 1 2.0 19.76 seg

La temperatura de la muestra deberá ser de 25 ºC 0.2 ºC al momento de la

prueba. De acuerdo con la siguiente fórmula, flujo inverso la viscosidad

cinemática.

V = K (t-c)

Dónde:

V= Viscosidad Cinemática K= Constante T= Tiempo

C= Constante Copa 1 2 3 4 5

K 1.1 3.5 11.7 14.8 23

C 2.9 14 7.5 5 0

Sustancia Viscosidad Cinemática

Glicerina 71.78 cSt

Aceite vegetal 2.065 cSt

Aceite de Bebé 18.54 cSt

Viscosímetro Brookfield

Materiales y Equipo

Viscosímetro de Brookfield

3 probetas de 500ml

Glicerina

Aceite Vegetal

Aceite de bebe

Calibrar el equipo

1) Asegurarse que el equipo este bien nivelado

2) En la calibración del equipo debe ser sin un husillo 3) Se enciende el equipo asegurándose que el motor este apagado 4) Se escribe el numero clave del husillo presionando la tecla SPDL, cada

husillo tiene un numero el cual ese número en el apéndice 1 le da la clave para el SPDL

5) Se presiona cualquier tecla de medición de viscosidad ya sea %,CPS o SS

6) Se presiona la tecla AUTO ZERO y así automáticamente la maquina se

calibrara al valor cero.

Procedimiento

1) Se coloca el husillo en el rotor, con una mano sostiene el rotor mientras con la

otra atornilla el husillo debe tener precaución de no forzar el rotor cuando se

atornille ya que podría des calibrar o descomponer el equipo

2) Se coloca el acople con doble tornillo en la base del rotor

3) Se llena el recipiente metálico de la sustancia a medir hasta que el husillo

quede sumergido en la marca que tiene el husillo

4) Se conecta el recipiente metálico al acople por medio del tornillo restante

5) Se recomienda que las RPM sean mayores para sustancias poco viscosas y

para sustancias con viscosidad alta RPM menores

6) Resultados

Sustancia Husillo Clave Viscosidad

dinámica

(CPS)

Glicerina 1 61 27-27.2

Aceite vegetal 2 62 57.6-51.2

Aceite de bebé 2 62 32-25.6

Análisis (general): se cambió varias veces de recipiente en el viscosímetro de

brookfield para que se pudiera alcanzar la marca o que al menos rozara.

Conclusiones:

Cuando se manejó el equipo de Zanh, se tuvo un poco de dificultad por que como

lo estábamos usando no nos daban los valores de acuerdo a los teóricos, pudo ser

por el hecho de la altura, de cómo lo levantábamos o si cuando se levantaba la

fuerza que le dábamos al jalarlo hacia más rápido el vacío del fluido, con los

demás equipos no se tubo dificultada y nos dieron valores esperados.