Práctica 5
- 1. Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Mexicali Materia: Laboratorio Integral I Profesor: Rivera Pasos Norman Edilberto Práctica # 5: Viscosidad. Integrantes: Gamboa Coronel Joel Espinoza García Jorge Armando Medina Padilla Sarah Elizabeth Sandoval Hernández Diana Carrera: Ing. Química Mexicali B.C. A 17 de Marzo del 2017.
- 2. TÍTULO: Viscosidad OBJETIVO: Calcular la viscosidad de una sustancia utilizando diferentes viscosímetros. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Aprender a utilizar los viscosímetros, Copa Zahn, Ostwald, Brookfield y Stormer. Calcular la viscosidad de varias sustancias con el viscosímetro Zanh. Calcular la viscosidad de una sustancia variando su temperatura. MARCO TEÓRICO Viscosidad La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a las deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracción. La viscosidad se corresponde con el concepto informal de "espesor". La viscosidad es una propiedad física característica de todos los fluidos que emerge de las colisiones entre las partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia a su movimiento. Cuando un fluido se mueve forzado por un tubo, las partículas que componen el fluido se mueven más rápido cerca del eje longitudinal del tubo, y más lentas cerca de las paredes. Por lo tanto, es necesario que exista una tensión cortante (como una diferencia de presión) para sobrepasar la resistencia de fricción entre las capas del líquido, y que el fluido se siga moviendo por el tubo. Para un mismo perfil radial de velocidades, la tensión requerida es proporcional a la viscosidad del fluido. Viscosidad dinámica o absoluta μ La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades a través de las cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P),el Pascal-Segundo (Pa-s) y el centi Poise (cP), siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1Pa-s = 10 P = 1000 cP. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.
- 3. La viscosidad cinemática V Un fluido es su viscosidad dinámica dividida por su densidad, ambos medidos a la misma temperatura, y expresada en unidades consistentes. Las unidades más comunes que se utilizan para expresar la viscosidad cinemática son: stokes (St), sistema internacional: m^2/s y sistema ingles: in^2/s o ft^2/s. Relación entre viscosidad y Temperatura En los líquidos las moléculas están bastante cercanas entre si, con intensas fuerzas de cohesión entre moléculas y la resistencia al movimiento relativo del fluido entre sus capas adyacentes esta relacionada con esas fuerzas. A medida que aumenta la temperatura en un liquido las fuerzas de cohesión entre sus moléculas se reducen con una disminución correspondiente de la resistencia al movimiento. Como la viscosidad es un indicador de la resistencia al movimiento podemos concluir que la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura en un liquido. Por otro lado en los gases las moléculas están bastante separadas entre si y las fuerzas intermoleculares en este caso son insignificantes, para los gases la resistencia a el movimiento relativo surge debido a el intercambio de la cantidad de movimiento (ímpetu) de las moléculas entre capas adyacentes. Por lo tanto deducimos que si aumentamos la temperatura en un gas su actividad molecular aleatoria crece y por lo tanto su viscosidad. Presión y viscosidad en los líquidos Entre as presión se aplique a los fluidos estos resulta un aumento de su viscosidad ya que esta disminuyendo la distancia que existe entre las moléculas y aumenta la resistencia de las moléculas para desplazarse aumentando exponencialmente con la presión. Viscosímetro Stormer Este dispositivo consiste en un cilindro que puede girar en el interior de un recipiente de la misma forma. Mediante un sistema de peso y poleas de muy baja fricción, se ejerce una torca constante sobre el cilindro interior, que lo hace girar a una velocidad angular constante a partir de la cual se puede determinar la viscosidad del liquido. La viscosidad absoluta del liquido es inversamente proporcional a la velocidad angular con la que gira el cilindro interior. Viscosímetro Zhan Consiste en una copa en forma de bala que determina la viscosidad de fluidos newtonianos y aproxima no newtonianos. La copa tiene una manija de 12in ensamblada que ayuda a la
- 4. copa a sumergirse completamente en el liquido el cual se requiere obtener su viscosidad, en el centro de la manija tiene un anillo para sostener la copa durante la prueba. Viscosímetro Brookfield Viscosímetro de rotación. Mide la viscosidad captando el par torsión necesario para hacer girar a velocidad constante un husillo inmerso en la muestra de fluido. El par de torsión es proporcional a la resistencia viscosa sobre el eje sumergido, y en consecuencia, a la viscosidad del fluido. Son de fácil manejo e instalación, sin necesidad de un alto grado de conocimiento de operativos. De gran versatilidad, cuentan con una amplia gama de viscosidades. Viscosímetro Ostwald Instrumento de vidrio, que 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 primera operación y del agua o liquido de referencia en otra operación complementaria, se calcula la viscosidad de un liquido mientras la medida del tiempo que tarda en atravesar un tubo capilar, que como su nombre indica es lo suficiente estrecho como apreciar una dificultad notable en el paso del liquido. MATERIALES 1. VISCOSIMETRO ZAHN Termómetro 3 vasos de precipitado de 250 ml Parrilla eléctrica Espátula Cronometro 2. VISCOSIMETRO DE BROOKFIELD Vaso de precipitado de 500 ml Parrilla eléctrica Termómetro 3. VISCOSIMETRO OSWALD Perilla Embudo de vidrio Pizeta Termómetro Cronometro 4. VISCOSIMETRO STORMER Parrilla eléctrica Vaso de precipitado 500 ml Termómetro Cronometro
- 5. REACTIVOS Agua destilada Aceite de coco Alcohol Glicerina PROCEDIMENTO 1. VISCOSIMETRO ZAHN 1) Seleccionar las sustancias a utilizar 2) Calentar el aceite de coco para fluidizar 3) Llenar el vaso de precipitado con la sustancia a medir 4) Seleccionar la copa a utilizar con la sustancia a medir 5) Meter el viscosímetro dentro del vaso hasta que se llene la copa 6) Levantar el viscosímetro y comenzar a cronometrar el tiempo hasta que el flujo deje de ser continuo 7) Repetir los pasos del 3 al 6 con todas las sustancias a medir 8) Limpiar el material utilizado 2. VISCOSIMETRO DE BROOKFIELD 1) Colocar el viscosímetro y calibrar 2) Seleccionar la sustancia a utilizar 3) Calentar el aceite de coco para fluidizar 4) Llenar el vaso de precipitado con la sustancia a medir 5) Colocar el vaso en posición con el spindle dentro del vaso 6) Colocar el número de spindle en la pantalla 7) Marcar en la pantalla que el resultado sea en centipoises 8) Tomar nota del valor de la viscosidad 9) Limpiar el material utilizado 3. VISCOSIMETRO OSWALD 1) Seleccionar las sustancias a utilizar 2) Ambientar con la sustancia el viscosímetro 3) Con un embudo de vidrio verter la sustancia en el viscosímetro 4) Con la ayuda de la perilla llevar la sustancia a la línea marcada arriba del bulbo superior 5) Cronometrar el tiempo en que tarda de pasar de la línea arriba del bulbo hasta la línea debajo del mismo 6) Realizar dos veces la prueba para comprobar 7) Repetir los pasos del 2 al 6 con las sustancia a utilizar 8) Limpiar el material utilizado 4. VISCOSIMETRO STORMER 1) Colocar el viscosímetro en posición
- 6. 2) Seleccionar la sustancia a utilizar 3) Calentar agua a punto de ebullición (100°C) 4) Verter la glicerina en el recipiente interno hasta la marca indicada 5) Verter el agua caliente en el recipiente exterior para subir la temperatura de la glicerina 6) Colocar el termómetro para medir la temperatura 7) Poner la pesa en posición 8) Tomar temperatura 9) Soltar seguro y empezar a cronometrar hasta que se marque una vuelta 10)Repetir los pasos del 7 al 9 diez mediciones seguidas 11)Limpiar el material utilizado CÁLCULOS Y RESULTADOS. Zahn Sustancia Temperatura (°C) Copa Zahn Tiempo (s) C K (m2 /s) (kg/m3 ) (kg/(ms)) Aceite de Coco 54 1 44 29 1.1 0.0000165 641 0.0105765 Glicerina 22 2 106 14 3.5 0.000322 1262 0.406364 Alcohol 21 1 24 29 1.1 -0.0000055 789 -0.0043395 Ostwald Sustancia Temperatura (°C) (kg/m3 ) Tiempo (s) rel (kg/(ms)) Alcohol 21 789 246 2.0479689 0.00191075 Agua (ref.) 23 997.62 95 - 0.000933 Brookfield Sustancia Temperatura (°C) (cps) (kg/(ms)) Aceite de Coco 30 48 0.048 40 32 0.032 50 28 0.028 𝜈 = 𝐾( 𝑡 − 𝐶) 𝜇 𝑟𝑒𝑙 = 𝜇 𝜇0 = 𝜌𝑡 𝜌0 𝑡0
- 7. 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 350 400 T i e m p o ( S ) Viscosidad (cps) Gráfica Stormer con pesa de 50 grs. Stormer Tamaño de la pesa Sustancia Temperatura (°C) Tiempo (s) (cps) (kg/(ms)) Glicerina 61 30.58 20.870 0.02087 50.7 55 31.07 21.605 0.02161 Punto P 53 32.20 23.300 0.02330 x 200 52 33.90 25.850 0.02585 y 150 50 34.85 27.275 0.02728 Punto Q 49 38.18 32.270 0.03227 x 350 48 40.07 35.105 0.03511 y 250 46 44.12 41.180 0.04118 45 49.50 49.250 0.04925 43 58.78 63.170 0.06317 42 62.00 68.000 0.06800 41 63.00 69.500 0.06950 40 68.00 77.000 0.07700 39 74.00 86.000 0.08600 38 74.00 86.000 0.08600 37 81.00 96.500 0.09650 36 89.00 108.500 0.10850 35 96.00 119.000 0.11900 34 102.00 128.000 0.12800 𝜇 = 1.5𝑡 − 25
- 8. ANÁLISIS: Para la viscosidad en el Zanh se trabaja contando el tiempo que tarda en caer el fluido que pasa por el diámetro de la copa debido a acción de la gravedad. Después se utiliza una tabla en donde están las constantes para los números de copas, con estas constantes se aplica la formula y se calcula la viscosidad en centistoke. En el caso del viscosímetro Brookfield se instala el equipo, se prende y se maneja para que trabaje girando una Abuja en la sustancia, en este viscosímetro el resultado lo da directo en centipoise. Con el viscosímetro Stormer se hace girar un cilindro y se cuentan los segundos que tarda en dar una vuelta, ese dato se utiliza para calcular la viscosidad. En este viscosímetro se tiene que calibrar para que el cilindro no pegue con el vaso lo cual provocaría un error en los cálculos. Y por último en el viscosímetro Ostwald se utilizan sustancias volátiles ya que tiene un orificio muy pequeño por donde pasa el fluido, en este se utiliza el vacío para succionar el fluido y contar el tiempo que tarda en llegar a la marca. Seguido de esto se calcula la viscosidad por medio de una fórmula que se menciona en la teoría.
- 9. CONCLUSIÓN: En esta práctica se pudo comprobar que la viscosidad de una sustancia disminuye a medida que aumenta su temperatura. Se aprendió a cómo manejar los diferentes viscosímetros y cuáles son los más adecuados para ciertas sustancias. Tal es el caso como en el alcohol, que no es recomendable utilizarlo con el viscosímetro de copa Zanh, ya el resultado que se obtuvo fue negativo, esto podría deberse a que el alcohol no es lo suficientemente viscoso para llegar al rango de viscosidad que utilizan las constantes en el Zanh. BIBLIOGRAFIA: http://clangarica-ft.blogspot.mx/2011/10/viscodad-temperatura-y-presion.html http://miguelorduno.blogspot.mx/2011/10/relacion-entre-viscosidad-y-temperatura.html https://es.scribd.com/document/169118268/55928310-Practica-de-Viscosidad-Absoluta-y-Cinematica- Hjhdhjdhj http://fcm.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/VISCOSIDAD.htm