determinación de viscosidad de fluidos newtonianos

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

Informe del Laboratorio de Mecánica de Fluidos I Período 2013A

Medición de la viscosidad de fluidos Newtonianos (P2)

Profesor: Mario Aldás L.

Auxiliar: Srta. Johanna Gaibor B.

Llumipanta, C., Morillol, L., Ramos, A., Vásconez, J.

[email protected]

Grupo 4

Realizado el 5/febrero/2013. Entregado el 19/febrero/2013

RESUMEN: La presente práctica tuvo como objetivo determinar la viscosidad dinámica de una

solución de NaCl al 20 % w/w, para esto se utilizó un viscosímetro Cannon-

Fenske. Entonces para determinar la constante del viscosímetro, se registró la

temperatura del agua y el tiempo que tardó en pasar de la marca superior a la

inferior del instrumento. A continuación se realizó dos ensayos con la solución

salina, en un baño termostatizado a 33ºC, registrándose los tiempos en recorrer las

marcas del viscosímetro.

Finalmente se tuvieron como resultados una constante del viscosímetro de código

25B860 de 1.6726 x10−6 cP . m3

Kg. s , una viscosidad promedio para la solución

salina a 33ºC, de 1.025cP. Se desconoce el error en la determinación de estos

resultados debido a la falta de datos bibliográficos con los cuales cotejar. Pero

cabe mencionar que existieron errores durante la práctica, destacando el uso

indebido de agua de grifo, lo cual mejoraría al usar agua destilada. Además se

podría obtener una constante del viscosímetro más exacta y precisa si se realizara

por lo menos un ensayo más.

INTRODUCCIÓN

Un fluido es una 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 líquidos o gases. (Basurto,

2011).

Un fluido newtoniano es una sustancia

homogénea que se deforma continuamente

en el tiempo ante la aplicación de una

fuerza o tensión, independientemente de la

magnitud de ésta. Matemáticamente, el

1




rozamiento en un flujo unidimensional de

un fluido newtoniano se puede representar

por la relación:

Donde:

Es la tensión tangencial ejercida en un

punto del fluido o sobre una superficie

sólida en contacto con el mismo. Tiene

unidades de tensión o presión [Pa].

Es la viscosidad del fluido, y para un

fluido newtoniano depende sólo de la

temperatura; puede medirse en [Pa·s].

dvdy

Es el gradiente de velocidad

perpendicular al plano en el que estamos

calculando la tensión tangencial, [s−1].

(Mott, 1996, pp. 23-26).

La viscosidad es una medida de la

resistencia de un líquido a fluir. La fuerza

con la que una capa de fluido en

movimiento arrastra consigo a las capas

adyacentes de fluido determina su

viscosidad. Para hacer que una capa de

fluido se mantenga moviéndose a mayor

velocidad que otra capa es necesario aplicar

una fuerza continua.

La viscosidad absoluta se suele medir en

poises. Un poise se define como la

magnitud de la fuerza (medida en dinas por

centímetro cuadrado de superficie)

necesaria para mantener una velocidad de 1

cm por segundo, con las superficies

separadas por 1 cm de espesor.

La viscosidad del agua a temperatura

ambiente (20 °C) es de 0,0100 poises; en el

punto de ebullición (100 °C) disminuye

hasta 0,0028 poises. (Basurto, 2011).

La viscosidad de un fluido Newtoniano se

suele representar con la letra griega μ, pero

para fluidos no Newtonianos la viscosidad

aparente se suele representar entonces con

la letra griega η.

Existen varios métodos para la

determinación de la viscosidad, todo

depende de la sustancia a la cual a

determinadas

condiciones se desea

conocer dicho valor;

uno de los métodos

empleados es con el

viscosímetro Cannon –

Fenske (Fig.1) el

mismo que consta de

una ampolla de vidrio

cuyo volumen V está

limitado por dos

señales. En su parte

inferior se encuentra un

tubo (en parte capilar), que termina en otra

ampolla. Este viscosímetro tiene además

otro depósito de vidrio encima del de

volumen V para evitar que se salga el

líquido durante la operación de carga.

(Universidad de Alicante, 2010).

2

Figura 1. Viscosímetro

Cannon – Fenske




METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

Materiales y Reactivos

Tabla 1. Materiales y reactivos

Cantida

d

Material

1 “Cronómetro”

1 Cubeta de Vidrio

1 Soporte metálico

1 Termómetro

1 Termostato

1 Viscosímetro Cannon-Fenske

Reactivos

Agua del grifo

Solución de NaCl 20% w/w

Procedimiento

Para la determinación de la viscosidad de la

solución salina se realizó lo siguiente: Se

colocó agua destilada por un ramal del

viscosímetro Cannon – Fenske y por el otro

se succionó hasta que el agua destilada

llegó a un nivel mayor a la marca superior.

En el momento en el que llegó a la marca

superior, se encendió el cronómetro y se

dejó caer libremente el agua destilada hasta

la marca inferior, donde se detuvo el

cronómetro; se registro el tiempo y la

temperatura del agua.

Luego se colocó en el viscosímetro la

solución de cloruro de sodio y se realizó el

proceso anterior. La diferencia es que el

ensayo se realizó en un baño termostatizado

a 33° C.

Finalmente se realizó un segundo ensayo

con la solución salina.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tabla 2. Constante del viscosímetro

Constante del viscosímetro

1.6726 x10−9 m2

s2 1.6726 x10−6 cP . m3

Kg. s

Tabla 3. Viscosidad solución problema

SoluciónTemperatura

(oC)

Viscosidad

(cP)

NaCl

20%w/w33 1.017

NaCl

20%w/w33 1.033

Promedio 33 1.025

En primer lugar la constante del

viscosímetro utilizado en la práctica de

código 25B860, fue calculada con tan solo

un ensayo y por lo tanto el valor no es

totalmente seguro y reproducible. Incluso el

agua utilizada no fue destilada sino agua del

grifo, lo cual afecta de forma considerable

los resultados, pues el agua de grifo

contiene iones disueltos.

Además durante la práctica se sostuvo

manualmente los viscosímetros y no es

posible mantenerlo estático lo cual sería

óptimo.

3




No existen datos bibliográficos de

viscosidad de soluciones salinas a

diferentes temperaturas por lo tanto no es

posible conocer si el valor obtenido es

correcto. Pero se puede aclarar que existe

un error por las razones antes mencionadas.

CONCLUSIONES

La constante del viscosímetro Cannon-

Fenske 25B860 fue de

1.6726 x10−6 cP . m3

Kg. s .

Con dicha constante se obtuvo una

viscosidad para la solución de NaCl al 20 %

w/w y a 33ºC, de 1.017cP para el primer

ensayo y de 1.033cP para el segundo,

teniendo como promedio 1.025 cP.

Los valores obtenidos no se pueden decir

que sean o no correctos debido a la

inexistencia de datos bibliográficos. Pese a

esto se puede citar como fuente de error el

uso de agua del grifo en lugar de agua

destilada.

RECOMENDACIONES

Aumentar el número de ensayos para

determinar la constante del viscosímetro

con mayor exactitud y precisión.

Además se podría implementar pinzas y

soportes para mantener los viscosímetros

estáticos y fundamentalmente se debería

hacer uso de agua destilada.

NOMENCLATURA

ν viscosidad cinemática µ viscosidad dinámicaδ densidad k constante del viscosímetrot tiempo

SIMBOLOGÍA

µ1 µ del primer ensayo

µ1 µ del segundo ensayo

µ1 µ Promedio

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFIAS

1. Basurto, L. (2011). Viscosidad.

Recuperado de

http://taninos.tripod.com/viscosid

ad.html (Febrero, 2013).

2. Helbing, W. y Burkart, A. (1985).

Tablas químicas: para

laboratorios e industria.

Barcelona, España: Reverté

3. Mott, R. (1996). Mecánica de fluidos

aplicada. (4ta Edición). México:

Pearson Educación.

4. Perry, R. (1997). Manual del Ingeniero

Químico. (7ma edición).

Madrid, España: Mc Graw Hill.

5. Universidad de Alicante. (2010).

Medidas de viscosidad.

Recuperado de

http://rua.ua.es/dspace/bitstream/

10045/16563/1/Medidas%20de

%20viscosidad.pdf (Febrero,

2013).

4




5




ANEXO I

EJEMPLO DE CÁLCULOS

Calculo de la constante del viscosímetro

Utilizando la ecuación simplificada para un viscosímetro Cannon-Fenske:

ν=µδ=k∗t

k= µδ∗t

k= 1.138 cP

( 999.099 Kg

m3 )(681 s )

k=1.6726 x10−6 cP . m3

Kg . s

Calculo de la viscosidad dinámica de la solución de NaCl 20%w/w a 33oC

µ=δ∗t∗k

µ=1141.282 Kg /m3∗533 s∗1.6726 x10−6 cP . m3

Kg. s

µ1=1.017 cP

De manera análoga

µ2=1.033 cP

Promedio

µs=1.017+1.033

2

µs=1.025 cP

6




ANEXO II

DATOS BIBLIOGRÁFICOS

Densidad Agua 15OC = 999.099 Kg/m3 (Perry, 1997, p. 2-98)

Tabla A1. Densidad Solución NaCl 20% y 33 OC

% w/w 25OC 40OC

20 1.14533 1.13774

(Perry, 1997, p. 2-112)

Interpolación a 33 OC

δ=1.14533−8 (1.14533−1.13774 )

15

δ=1.141282

Viscosidad dinámica del Agua 15 OC= 1.138 cP (Helbing y Burkart, 1985, p.246 )

DATOS EXPERIMENTALES

Tabla A2. Temperaturas y tiempos de los ensayos realizados

Fluido Temperatura (oC) Tiempo (s)

Agua 15 681

Solución NaCl 20%w/w 33 533

Solución NaCl 20%w/w 33 541

7

determinación de viscosidad de fluidos newtonianos

Documents