Calor

DETERMINACION DE VISCOSIDAD

I. OBJETIVOS

Determinar la viscosidad de la leche, yogurt por comparacin del tiempo de escurrimiento entre dos fluidos Observar y medir la variacin de la viscosidad con el cambio de la temperatura. Obtener una correlacin que representa la variacin de la viscosidad con respecto a la temperatura.II. FUNDAMENTO TEORICO

1. GENERALIDADES

Fluido, sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma, con lo que fluye y se adapta a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser lquidos o gases. Las partculas que componen un lquido no estn rgidamente adheridas entre s, pero estn ms unidas que las de un gas. El volumen de un lquido contenido en un recipiente hermtico permanece constante, y el lquido tiene una superficie lmite definida. En contraste, un gas no tiene lmite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad. A veces resulta difcil distinguir entre slidos y fluidos, porque los slidos pueden fluir muy lentamente cuando estn sometidos a presin, como ocurre por ejemplo en los glaciares.

2. VISCOSIDAD.

Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad, que se mide con un recipiente (viscosmetro) que tiene un orificio de tamao conocido en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad.

La viscosidad de un fluido disminuye con la reduccin de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos molculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con ms dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos lquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reduccin de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy tiles como lubricantes cuando una mquina est sometida a grandes cambios de temperatura.

En general, se definen dos tipos de viscosidad :

La viscosidad dinmica

se define como

donde es la tensin tangencial (se opone al movimiento) y es la direccin normal al movimiento.

La unidad fundamental en el sistema c.g.s. es al poise, definido como

En la prctica, se utiliza en centipoise, que es la centsima parte de un poise.

La viscosidad cinemtica

se define como

donde es la densidad del fluido.

La unidad fundamental es el stoke

aunque en la practica se utiliza el cetistoke (cSt).

3. principio de arquimedes

Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje. El empuje es igual al peso del fluido desplazado. Esta ley se denomina principio de Arqumedes, por el cientfico griego que la descubri en el siglo III antes de nuestra era. Aqu se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera est completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente desplazando as menos agua hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.4. DENSIDAD

En fsica, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa especfica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en trminos absolutos o relativos. En trminos sencillos, un objeto pequeo y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es ms denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.

Densidad absoluta

La densidad absoluta o densidad normal (tambin llamada densidad real) expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaracin al respecto, el trmino densidad suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una magnitud intensiva.

donde es la densidad absoluta, m es la masa y V es el volumen.

Aunque la unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es kg/m3, tambin es costumbre expresar la densidad de los lquidos en g/cm3.

Densidad relativa

La densidad relativa o aparente expresa la relacin entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades.

donde r es la densidad relativa, es la densidad absoluta y 0 es la densidad de referencia.

La densidad de referencia habitualmente es la densidad del agua lquida cuando la presin es de 1 atm y la temperatura es de 4 C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000kg/m3, es decir, 1kg/l.

En gases suele usarse como gramo por decmetro cbico (g/dm) (usado as para poder simplificar con la constante universal de los gases ideales )

kilogramo por litro (kg/l). El agua generalmente tiene una densidad alrededor de 1kg/l, haciendo de esta una unidad conveniente.

gramo por mililitro (g/ml), que equivale a (g/cm).

Tambin hay equivalencias numricas de kg/l (1kg/l= 1g/cm= 1g/ml).

Densidad media y puntual

Para un material homogneo, la frmula masa/volumen puede aplicarse en cualquier zona del material obteniendo siempre el mismo resultado. Sin embargo, un material heterogneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, se puede medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen; o la "densidad puntual" que ser distinta en cada punto (o divisin infinitesimal) del objeto.

Por ejemplo, un vaso con agua es un conjunto formado por dos partes: el agua y el propio vaso. La densidad puntual en cada punto es distinta para el agua y para el vidrio. La densidad media, en cambio, es una sola para todo el objeto, y resultar intermedia entre la densidad del agua y la del vidrio.

Densidad aparente y densidad real

La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente ms ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso.

En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrnseca del material y depende de su compactacin.

5. MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES: -viscosmetro rotacional

-viscosmetro de Otswald

-termmetro

-balanza analitica

-bao maria-pignometro

-vaso precitpitado

MUESTRAS BIOLOGICAS: Agua: H2O

Yogurt leche

6. PROCEDIMIENTO

METODO DEL PICNOMETRO: Pesar el pignometro vacio, luego llenarlo con agua y pesar a diferentes temperaturas ( a temperatura ambiental , 30 y 40 C) y el mismo procedimiento para la leche.

METODO DE ARQUIMEDES: Pesar el lastre en el aire , luego el peso del lastre mas agua a temperaturas ( a temperatura ambiental , 30 y 40 C) y el mismo procedimiento para la leche.

METODO DE OSTWALD : Poner al viscosmetro agua a diferentes temperaturas de temperatura ambiental 30 y 40C y medir el tiempo igualmente con la leche.

METODO DE VISCOSIMETRO ROTACIONAL : Colocar el yogurt en el vaso precipitado aproximadamente 600 ml y colocarlo en el viscosmetro rotacional brook field hasta el menisco.

CUADRO N1

DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE EN EL LABORATORIO

TemperaturaTiempo GlicerinaTiempo AguaW lastre

Aire (g)W lastre

Agua (g)W lastre

Glicerina (g)

208,4200

8,34468.3400

8,33002.39

2.37

2.402.43

2.42

2.415.38664.39144.1335

256,07576,06642.352.365.38664.39304.1353

304,47354,48552.332.365.38664.39384.1378

354,11874,15322.232.205.38664.39464.1385

403,27643,28362.142.105.38664.39564.1418

501,44561,44231.942.01

2.005.38664.39804.1432

Fuente: Elaboracin Propia

7. CALCULOS

1. Utilizando la ecuacin (5) determinar la viscosidad de la solucin de glicerina a diferentes temperaturas. Los resultados obtenidos deber ser resumidos en una tabla en la que se indique T (C), t (s), u (Cp), 1/T (K-1)

Antes de realizar los clculos para obtener la viscosidad de la glicerina, se tuvieron que operar los datos obtenidos en el laboratorio, dentro de ello se procedi convertir a segundos, sacar el promedio de los tiempos de escurrimiento (glicerina y agua), transformar los grados centgrados a kelvin, obtener los datos de la densidad del agua a diferentes temperaturas de tabla, determinar la densidad de la glicerina.

Todo estas operaciones se resumen en el siguiente cuadro.

TK1/TKagua (g/ml)glicerina (g/ml)Tiempo (s) aguaTiempo (s) gliceriagua (Cp)x 10-3glicerina(Cp)

293.15

298.15

303.15

308.15

313.15

323.153.411x10-33.354x10-33.298x10-33.245x10-33.193x10-33.095x10-30.99823

0.99708

0.99568

0.99395

0.99225

0.988071.2591

1.2594

1.2579

1.2582

1.2561

1.25772.40

2.355

2.345

2.215

2.12

1.983518.09

367.11

287.95

253.6

208

104.91.005

0.8937

0.8007

0.7228

0.6560

0.54940.27366

0.17596

0.12421

0.10475

0.08147

0.0368

Fuente: Elaboracin Propia

Los datos de la densidad y viscosidad fueron obtenidos del libro: Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, por Christie J. Geankoplis. Para determinar la densidad de la glicerina se utiliz la siguiente ecuacin:

Para determina la viscosidad se utiliz la ecuacin N 5

2. Graficar en un papel milimetrado la viscosidad promedio frente a 1/T y valide sus resultados con los datos de la literatura (4)

Datos de viscosidad Obtenidos de Bibliografia:

293K = 1.069 Cp (Geankoplis)

3. Graficar en un papel logartmico y determinar las constantes A y B de la ecuacin de Andrade.

Para poder realizar esta grfica se procede a tomar el logaritmo neperiano, el cual no da como resultado:

Para poder determinar las constantes A y B se graficara lnu vs. 1/T en papel semilogaritmico, bajo el siguiente cuadro

CUADRO N2

Datos Para poder determinar las constantes de Andrade

ln u1/T

-1.2959

-1.7375

-2.0859

-2.2562

-2.5074

-3.30173.4112

3.354

3.298

3.245

3.193

3.09

De la grfica y haciendo la correccin lineal, se obtiene los siguientes resultados:

LnA = -21.69679

A = exp 21.69679

A = 3.777x10-10

B = 5970.10899

Despus de haber obtenido las constantes de Andrade, se puede corregir las viscosidades mediante la ecuacin 5 (Andrade)

glicerina(Cp)

Determinadaglicerina (Cp)

Corregida

0.27366

0.17596

0.12421

0.10475

0.08147

0.03680.26357

0.18732

0.1346

0.0978

0.0717

0.0397

8. DISCUSIONES

De los resultados obtenidos con respecto a la viscosidad de la glicerina y comparar con los de la bibliografa, se puede observar que existe una extensa diferencia, lo que nos indica que los datos obtenidos en la prctica no se realizaron con sumo cuidado.

Esto se pudo observa desde un inicio, ya que en el viscosimetro existan burbujas que probablemente hacia variar el tiempo de escurrimiento, adems de que la termostatizacin de la solucin de glicerina era muy complicada.

9. CONCLUSIONES

Se puedo determinar experimentalmente por comparacin la viscosidad de la glicerina, aunque los resultados no fueron los deseados, debido a muchos factores como por ejemplo, el inadecuado manejo de la glicerina en le viscosimetro de Cannon, la termostatizacin de la glicerina, entre otros factores.

Tambin dentro de esta prctica se pudo observar la variacin de la viscosidad con respecto a la temperatura, se observo que cuando existe un incremento de temperatura, la glicerina comienza a fluir ms rpido, estos se observa cuando se compara los tiempos escurrimiento a diferentes temperatura (mayor tiempo menor fluidez, y menor tiempo mayor fluidez)

10. RECOMENDACIONES

Instalar adecuadamente los equipos de medicin, verificar que el termostato este en una escala mayor de temperatura con respecto a la que se va a medir.

Leer adecuadamente los datos obtenidos.

11. BIBLIOGRAFIA

CHRISTIE GEANKOPLIS:Procesos de transporte y Operaciones Unitarias

Edit. Continental S.A . Mxico. 1999

R. BYRON BIRD

:Fenmenos deTransporte Edit. Reverte. S.A. Mxico 1995

ENCICLOPEDIA MULTIMEDIA : Encartas 98

12. CUESTIONARIO

1. Explique porque la viscosidad del fluido disminuye a un incremento de la temperatura?

La viscosidad de un fluido disminuye con la reduccin de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos molculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con ms dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos lquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reduccin de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy tiles como lubricantes cuando una mquina est sometida a grandes cambios de temperatura

2. Seale los factores que modifican la viscosidad del fluidoLos factores que modifican la viscosidad de lo lquidos son los siguientes:

Temperatura

Pureza de la solucin

El grado de deformacin con respecto a un esfuerzo cortante

La resistencia del fluido ante el esfuerzo de corte

Presin

3. A que se llama viscosidad cinemtica y viscosidad dinmica del fluido

Viscosidad Dinmica (): Es la constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y gradiente de velocidad

Viscosidad Cinemitca: (): Muchos problemas en mecnica de fluidos implica el empleo de viscosidad cinemtica y se define como el cociente entre al viscosidad dinmica y la densidad del fluido

Esta propiedad representa la dificultad que opone el fluido a escurrir sometido a los esfuerzos internos que provoca su propio peso

4. Que relacin existe entre la viscosidad dinmica y la cinemtica

_1080576197.unknown

_1080578037.unknown

_1080581137.unknown

_1080581238.unknown

_1080580391.unknown

_1080577189.unknown

_1080576267.unknown

_1080576302.unknown

_1080576165.unknown

_1080570246.unknown