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Viscosidad de soluciones
Procesos Industriales
Universidad francisco de paula Santander
2015
Tabla de contenido
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Introducción…………………………………………………………………………………… 4
Objetivos……………………………………………………………………………………....5
Marco teórico…………………………………………………………………………………. 6-10
Procedimiento realizado………………………………………………………………………11
Observaciones y resultados …………………………………………………………………….13
Cuestionario……………………………………………………………………………......... 14-21
Conclusiones………………………………………………………………………………….. 22
Bibliografía…………………………………………………………………………………….. 23
Tablas y Grafica
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Tabla 1-2-3 Resultados toma de datos …………………………………………………….. 10
Flujograma del Procedimiento……………………………………………………………… 9
Introducción
La viscosidad es un parámetro de los fluidos que tiene importancia en sus diversas aplicaciones
industriales, particularmente en el desempeño de los lubricantes usados en maquinas y
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mecanismos. La viscosidad de las sustancias puras varia de forma importante con la temperatura
y en menor grado con la presión.
La facilidad con que un liquido se escurre es una pauta de su viscosidad. Se define la viscosidad
como la propiedad que tienen los fluidos de ofrecer resistencia al movimiento relativo de sus
moléculas. También se suele definir la viscosidad como una propiedad de los fluidos que causan
fricción, esto da origen a la perdida de energía en el flujo fluido. La importancia de la friccionen
las situaciones físicas depende del tipo de flujo y de la configuración física o patrón. Si la
fricción es despreciable, se considera el flujo como ideal.
Existen dos tipos de viscosidad. Viscosidad dinámica y cinemática.
La viscosidad dinámica para un fluido es la fuerza tangencial por unidad de área para deslizar un
plano horizontal respecto a otro a una velocidad y distancia determinada y su unidad es: Poise-
La viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad y su unidad
es: Stokes.
Objetivos
Objetivo General. Determinar la viscosidad dinámica de algunos fluidos
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Objetivos Específicos. Determinar experimentalmente la viscosidad de dos fluidos usando la ley de Stokes
Calcular el número de Reynolds para cada fluido utilizado.
Comprender la importancia de conocer la viscosidad de ciertos fluidos.
Marco Teórico
1. ¿Qué es viscosidad?:
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Viscosidad: La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento, que muestra
una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza. Cuanta más
resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad poseen. Los líquidos, a diferencia de
los sólidos, se caracterizan por fluir, lo que significa que al ser sometidos a una fuerza, sus
moléculas se desplazan, tanto más rápidamente como sea el tamaño de sus moléculas. Si son
más grandes, lo harán más lentamente, la viscosidad es un parámetro de los fluidos que
tienen importancia en sus diversas aplicaciones industriales, particularmente en el desempeño
de los lubricantes usados en máquinas y mecanismos. La viscosidad de las sustancias puras
varía de forma importante con la temperatura y menor grado con la presión.
2. ¿Qué es enuncia la ley de Stokes?
Ley de Stokes: se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose
en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds
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donde R es el radio de la esfera, v su velocidad y η la viscosidad del fluido.
La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse
por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas
condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de
rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa
límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de
fluidos y condiciones.
Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede
calcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con el peso
aparente de la partícula en el fluido.
3. ¿Qué es la fuerza de arrastre ?
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Fuerza de arrastre: Es la fuerza que se opone al movimientoEn dinámica de fluidos, el arrastre o
fricción de fluido es la fricción entre un objeto sólido y el fluido (un líquido o gas) por el que se
mueve. Para un sólido que se mueve por un fluido o gas, el arrastre es la suma de todas las
fuerzas aerodinámicas o hidrodinámicas en la dirección del flujo del fluido externo. Por tanto,
actúa opuestamente al movimiento del objeto, y en un vehículo motorizado esto se resuelve con
el empuje.
En la astrodinámica, dependiendo de la situación, el arrastre atmosférico se puede considerar
como una ineficiencia que requiere energía adicional durante el lanzamiento del objeto al espacio
o como una ventaja que simplifica el regreso desde la órbita.
4. ¿Cómo se determina la velocidad de un cuerpo que presenta un movimiento uniforme?
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Cuando los cuerpos se mueven con una rapidez constante se dice que tiene un movimiento
uniforme, si la rapidez con la que se mueven los cuerpos no es constante se dice que tiene un
movimiento variado o no uniforme tambien se dice que es un movimiento acelerado o de frenado
la ecuación para hallar la velocidad de un cuerpo es
5.¿Qué es y cómo se calcula la velocidad límite de una esfera que cae dentro de un fluido
viscoso?
Velocidad límite :Para una esfera de radio R moviéndose en un flujo no turbulento dentro de un
fluido de viscosidad η, la velocidad límite viene dada por la ley de Stokes, que postula que la
fuerza de resistencia Fr es proporcional a la velocidad
En ese caso la velocidad límite viene dada por:
V∞ = Fr / 6 ӆἠR
6.¿Quién fue George Gabriel Stokes y en qué época vivió?
fue un matemático y físico irlandés que realizó contribuciones importantes a la dinámica de
fluidos (incluyendo las ecuaciones de Navier-Stokes), la óptica y la física matemática
(incluyendo el teorema de Stokes). Fue secretario y luego presidente de la Royal Society de
Inglaterra
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7.¿Con qué aparato se mide la viscosidad de un fluido?
Se mide con un viscosímetro es un instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos
otros parámetros de flujo de un fluido.
Procedimiento Realizado
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Observaciones y Resultados
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Cuestionario
¿Qué errores se pueden cometer en la toma de temperaturas?
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Errores instrumentales: en este tipo se toman medidas erróneas por la mala calibración de los instrumentos de la práctica o ejercicio.
Errores personales: estos se ven influenciados por una mala apreciación en las medidas de la persona encargada de la toma de estas.
Errores por factores ambientales: es las alteraciones que sufre el clima por fenómenos climáticos como la lluvia y el viento.
2. Un termómetro está graduado en una escala arbitraria “x” en el que la temperatura
Del hielo fundente corresponde a –20 ºx y la del vapor de agua a 180 ºx. Determinar
El valor del cero absoluto en esta escala arbitraria.
mx+b=y
m=y2-y1/ x2-x1
xo -20 180 0
co 0 100 526
m=100-0/180+20
m=100/200=1/2
½(-20)-0= -b
-b= -10
b=10
1/2x+10=y
1/2x+10=-273
1/2x=-263
X=526ox
3. ¿De qué otra forma podría determinarse la densidad industrial del ácido sulfúrico?
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Otra forma para determinar la densidad del ácido sulfúrico la podríamos hallar en grados Baume
empleando un aerómetro que es el medidor para sustancias acidas.
4. Describa el proceso industrial para la obtención del ácido sulfúrico.
EL azufre puede provenir de diferentes materias primas, y dependiendo de su origen, una vez
llevado a planta, será necesario acondicionarlo o almacenarlo de diferente manera. Las posibles
fuentes son:
Azufre líquido. Procedente de la desulfuración del crudo y/o gas natural.
Pirita.
Minerales no férreos con azufre.
Gases procedentes de diferentes fuentes que contengan azufre.
Sales de sulfato.
Después de su recepción y almacenamiento, se preparan las materias primas para obtener el SO2,
según el tipo de materia prima con la que trabajemos obtendremos SO2, de una manera u otra:
Combustión del Azufre. Se oxida en una o dos etapas éntrelos 900°-1800°. Esta combustión se
realiza en la caldera poniendo en contacto el azufre líquido con el aire seco.
Tueste de la pirita. El equipo más utilizado es el lecho fluidizado, además del azufre se obtienen
como subproductos óxidos de hierro y energía, los gases de azufre de salida deben ser tratados en
varios ciclones filtros y depuradoras de alta eficacia.
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Tueste y fusión de metales con azufre. Se puede obtenerSO2 a partir de procesos de producción
de cobre, de zinc y de plomo.
Regeneración del ácido sulfúrico. Es la descomposición térmica de ácido sulfúrico agotado, que
ha podido ser utilizado como catalizador o para limpieza.
Tueste de otros metales de azufre.
Combustión del H2S y otros gases que contengan azufre. En la oxidación catalítica el SO2
Pasa a SO3 y luego en la torre de absorción se pasa de SO3 a H2SO4.Existen siete procesos
posibles en la fabricación del ácido sulfúrico, en función del contenido en % de SO2 a la entrada
del horno de oxidación. Si es > 3% Vol. Los procesos posibles son:
Proceso de contacto simple. Los gases de SO2 secos y limpios se oxidan a SO3 y pasan a una
torre de absorción, la concentración obtenida es aproximadamente del 99%, dependiendo del
catalizador y del diseño.
Proceso de doble contacto. Se puede alcanzar una conversión del 98,5-99,5%. El ácido pasa por
dos torres de absorción, la torre intermedia desplaza la reacción y se forma más cantidad de SO3,
el SO3 producido es absorbido en la torre de absorción final.
Proceso de contacto húmedo. Este proceso se utiliza para tratar los gases que salen de la fusión
del molibdeno.
Contenido de SO2 a la entrada de la caldera < 3% Vol.
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Proceso modificado de cámara de plomo. Para gases con mezcla de SO2 y NO
x.Este proceso es el desarrollo de otro por el cual los óxidos de nitrógeno se usan para
promoverla producción de ácido sulfúrico a partir directamente del SO2 produciendo
un producto intermedio de ácido nitro sulfurado.
Proceso H2O2. Se utiliza el agua oxigenada en la etapa de la conversión de SO2a SO3 El coste
del agua oxigenada hace que sea una técnica muy cara.
Proceso de presión. En las reacciones de formación del H2SO4son muchos parámetros
los que pueden influenciar la eficacia de la conversión, y la presión es uno de ellos, desplazando
la reacción hacia los productos Proceso en el cual la oxidación y la absorción son afectadas por
la alta presión. Las ventajas: mayor conversión con menos catalizador, y volúmenes de gas más
pequeños, los inconvenientes: mayor consumo de energía, y menor producción de vapor.
Unsteady state oxidation process. La Corrientes de SO2
Fría entra en un lecho catalizador, y es calentado por el calor almacenado, en ese momento se
produce una conversión en la reacción generándose calor. Cuando la parte delantera se cierra, el
flujo del reactor cambia. El proceso es auto térmico con una concentración de SO2de 0,5-3%.
Dilución. La concentración del ácido producido varía entre 95,5-99,5 % y es diluido a las
concentraciones comerciales de 78 %.
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Limpiado del SO2. Se sopla aire a través del ácido caliente para reducir el SO2. Este aire con
SO2, se devuelve al proceso.
Purificación. Se puede filtrar el producto para eliminar impurezas que provienen de los equipos.
Des nitrificación. Hay varios métodos para eliminar los óxidos de nitrógeno.
Decoloración. El ácido producido puede tener hidrocarburos o residuos carbonosos que se
absorben en el ácido y provocan un color negro. Cuando esto ocurre, suele decolorarse el
producto final.
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5. Investigue tres procesos industriales donde sea importante la determinación de
Flujos volumétricos y másicos para el desarrollo del mismo.
Fluidos:Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la
cantidad que se transporta por un determinado punto, dentro de un período específico de tiempo,
para lo cual se utiliza medidores de flujo.
La medición de flujo es uno de los más importantes aspectos cuando se requiere un óptimo
control de un proceso dinámico. Determinar volúmenes en unidad de tiempo y volúmenes totales
permite a un sistema de control regular con alta precisión, las cantidades de sustancias que van a
conformar un producto; además aumentar la eficiencia de producción.
Básicamente el flujo puede ser medido como la relación de la masa por unidad de tiempo (por
ej.: Kg/hr) que corresponde al Flujo Másico ó mediante el Flujo Volumétrico que es la relación
volumen por unidad de tiempo (por ej.: M³/hr).
La medición de flujo másico es más ideal, ya que su valor no depende de la presión y
temperatura de trabajo.
Los volúmenes de líquidos generalmente no son afectados por la presión; sin embargo la
temperatura en algunos casos puede causar que la medida necesite una corrección. El volumen
corregido es:
V2= V1 (1 + g. DT).
g[ K¯ ¹]: Coeficiente de expansión térmica.
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T[ºK]: Temperatura
Tecnologías recientes de medidores de flujo, incluyen amplificadores, los cuales pueden aplicar
correcciones calculadas para obtener V2.
Los efectos de la temperatura y la presión se hacen mucho más significantes cuando se mide
flujo de gases. La medición exacta de flujo de gas es difícil de obtener, ya que es un fluido
compresible; esto significa que el volumen de una masa fija de gas depende de la presión y
temperatura en que se encuentre. Como un ejemplo de esto, se puede considerar un globo que
contiene un pie cúbico de gas a una temperatura de 70ºF (ambiente). Un incremento en la
temperatura ambiente hace que el globo aumente de tamaño. Un incremento en la presión hace
que se disminuya el volumen dentro del globo
Aunque el volumen en el globo cambia con las variaciones de temperatura y presión, la masa de
gas en el interior del globo permanece constante. Esto explica la diferencia entre la medición
volumen real (Actual) y volumen másico (Estándar).
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Conclusiones
Se aprendió a determinar la densidad del ácido sulfúrico con un proceso de laboratorio
simple para luego hallarla en grados Baume.
Se comprobó el punto de fusión y ebullición del agua manualmente.
Se halló el flujo másico y volumétrico del agua.
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Bibliografía
http://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/las-propiedades-de-la-materia/densidad/
http://medirvariables.blogspot.com/2009/11/medicion-de-flujo-caudal.html
https://prezi.com/2v64iodsrow6/plantas-y-procesos-molar-masica-y-velocimetro/
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulf%C3%BArico