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Fenomenos de TransporteTRANSCRIPT
7/17/2019 Informe 1 Fenomenos
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Universidad Central del Ecuador
Facultad de Ingeniería Química
Carrera de Ingeniería Química
Fenómenos de Transporte 1
Práctica Nº 3
Viscosidad
Semestre: Quinto
Grupo N0: 12
Integrantes:Encalada Jessica.
Herrera Jonathan.
Jácome Tannia.
López Jaisson.
Molina Camila.
Fecha de realización: 06/06/2015. Fecha de entrega: 13/06/2015.
Quito – Ecuador
2015
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Práctica Nº 3 VISCOSIDAD
1. OBJETIVOS
1.1.
Conocer los distintos tipos de escalas de viscosidad y los equipos para sucuantificación.
1.2. Identificar experimentalmente las relaciones de la viscosidad con la
temperatura y la presión.
1.3. Determinar la viscosidad de un líquido mediante dos métodos.
2. TEORÍA2.1. Viscosidad Dinámica.
“Denominada “Ƞa”. Si se representa la curva de fluidez (esfuerzo cortantefrente a velocidad de deformación) se define también como la pendiente en
cada punto de dicha curva.”(1)
[ ] Ec. 2.1-1
Fig. 2.1-1. Curva de fluidez para representar la viscosidad dinámica.
Fuente: Ramírez J., Introducción a la Reologia de los Alimentos, 1a Edición,
Editorial RECITELA, Colombia, 2006, pág. 21.
2.2. Viscosidad Cinemática“Relaciona la viscosidad dinámica con la densidad del fluido utilizado. Las
unidades utilizadas de esta viscosidad son los centistokes [cst].
Su ecuación es la siguiente:
Ec. 2.2-1
Donde:
Ƞr: Viscosidad cinemática
Ƞa: Viscosidad dinámica
ρ: Densidad del fluido.” (2)
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2.3. Variables que influyen en la viscosidad. “La viscosidad puede estar muy afectada por variables como el gradiente de
velocidad de deformación, la temperatura y la presión.
Variación de la viscosidad con la presión.La viscosidad en líquidos aumenta exponencialmente con la presión.
Variación de la viscosidad con la temperatura.Para gases, hay que decir que cuanto mayor es la temperatura, la
viscosidad aumenta y para los líquidos, la viscosidad disminuye con la
temperatura.
Variación de la viscosidad con la velocidad de deformación ocizalla.Una gran cantidad de fluidos, presentan desviaciones de la Ley de
Newton al ser su viscosidad una función de la velocidad de cizalla
aplicada.”(3)
2.4.
Ley de Newton de la Viscosidad“La experiencia ha demostrado que la fuerza (F) varía con el área de la placa(A), con velocidad (V) e inversamente con la separación (y).
Fig. 2.4-1 Gradiente de velocidad en un fluido en movimiento.
Fuente: Mott R., Mecánica de Fluidos Aplicada, Trad. Del Inglés, 4a
Edición, Editorial PRENTICE HALL, México, 2006, pág.
24.
Ec.2.4-1
Donde yx = F/A = Esfuerzo Cortante
Al introducir la constante de proporcionalidad , llamada viscosidad
absoluta o dinámica, se tendrá que:
Ec.2.4-2
Esta ecuación es conocida como la Ley de Viscosidad de Newton, la cual es
válida exclusivamente para flujos laminares.”(4)
2.5. Ley de Stokes“La Ley de Stokes rige el movimiento de un cuerpo en un fluido cuando el
régimen es laminar. La resistencia al movimiento de los cuerpos esféricos
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en un fluido viscoso, es directamente proporcional al radio del cuerpo, a su
velocidad y al coeficiente de viscosidad del medio. Ec.2.5-1
Donde:
R= resistencia al movimiento.
v = velocidad. = coeficiente de viscosidad.
r = radio.
La fuerza que hace caer a un cuerpo esférico es su peso menos el empuje del
fluido; si ρ y ρo son las densidades del cuerpo y del fluido, tal fuerza es:
Ec.2.5-2
Esta fuerza provoca un movimiento de caída acelerado; al aumentar la
velocidad aumenta la resistencia al movimiento. Cuando ambas fuerzas se
igualan el cuerpo se mueve con velocidad constante.”(5)
Ec.2.5-3
Ec.2.5-4
2.6. Viscosímetro de Cannon Fensk“Es un método para medir la viscosidad, que se basa en la velocidad de flujo
de un líquido o semilíquido a través de un orificio o conducto de geometría
simple, caracterizado como un viscosímetro capilar. El conducto es un capilar cilíndrico y la fuerza que hace que el líquido fluya
a través de él es su peso. El tiempo de flujo necesario para que el nivel del
líquido descienda de la marca superior a la inferior, vaciando el recipiente
superior, se mide con un cronómetro.” (6)
Fig. 3.2.1.6-1 Viscosímetro de Cannon Fensk.
Fuente: Gennaro A., Remington Farmacia, 20a Edición, Editorial MEDICA
PANAMERICANA, Argentina, 2003, pág. 402.
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3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1. Materiales y equipos
3.1.1. Bureta (V= 100ml ) (Ap. ± 1ml)
3.1.2. Regla (Rango= 30 cm) (Ap. ± 1cm)
3.1.3.
Cronometro ( Alc: 900s) (Ap. ± 0,1s)
3.1.4. Papel filtro
3.1.5. Esferas de Cristal
3.1.6. Viscosímetro de Cannon- Fenske (C: 0,0129Cp)
3.2. Sustancias y reactivos
Fórmula3.2.1. Agua H2O(l)
3.2.2. Aceite de Glicerina C3H8O3(L)
3.3.
Procedimiento.
3.3.1. Viscosímetro de Cannon- Fenske.3.3.1.1. Revisar que el viscosímetro este lavado y sin ninguna interferencia.
3.3.1.2. Llenar el viscosímetro mediante una pipeta hasta que el nivel este
sobre la marca A. Tapar el otro extremo con el dedo.
3.3.1.3. Destapar el otro extremo y tomar el tiempo que el líquido demora en
recorrer de A hacia B.
3.3.1.4.
Repetir esta operación 3 veces.
3.3.1.5. Repetir el ensayo para el otro líquido.
3.3.2. Viscosímetro de Caída de Bola.3.3.2.1. Colocar el fluido en una probeta. Definir una lectura de referencia en
la probeta.
3.3.2.2. Tomar el tiempo que demora en recorrer dicha distancia una esfera
metálica.
3.3.2.3. Repetir la experiencia 3 veces.
3.3.2.4. Repetir el experimento para el otro líquido.
4.
DATOS EXPERIMENTALES Tabla 4-1
Datos viscosímetro de Cannon-Fenske
MUESTRA ENSAYO Tiempo, s
Agua
1 0,74
2 0,8
3 0,6
4 0,61
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Cont. Tabla 4-1. Datos viscosímetro de Cannon-Fenske
Tabla 4-2Datos caída de bola
MUESTRA ENSAYO Tiempo, s
Agua
10,33
20,33
30,34
40,36
50,39
60,38
Aceite de silicona
10,9
20,8
3 0,7
40,7
50,9
60,5
4.1. Datos Adicionales
5 0,5
6 0,5
Aceite de silicona
1 114,089
2 117,07
3 130,09
4 131,41
5 129,71
6 130,04
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Tabla 4.1-1 Datos Adicionales
Variable Unidades
Densidad de la esfera (vidrio) 2,49 g/cm3
Densidad del agua 1g/cm3
Densidad del líquido viscoso 0,97g/cm3
Diámetro de la esfera 1cm
Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf
4.2. Cálculos
4.2.1. Cálculo de la viscosidad para el viscosímetro Cannon-Fenske
൭=viscosidad cinemática =0,0129 St/s *t Ec.4.2.1-1
Cálculo modelo
Agua
൭=0,0129* (0,74)
൭=0,009546
Aceite de silicona
൭=0,0129* (114,089)
൭=1,4717
μ = ൭ ∗ ρ Ec. 4.2.1-2
Agua
μ = 0, 009546 cm2/s ∗ 1g/cm3
μ = 0, 009546 g/cm*s
Aceite de silicona
μ = 1,4717cm2/s ∗ 0,97g/cm3
μ = 1,4276g/cm*s
4.2.2. Cálculo de la viscosidad para el viscosímetro de caída de bola
Ec. 4.2.2-1
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Ec.4.2.2-2
Agua
Aceite de silicona
4.2.3.
Resultados
Tabla 4.2.3-1 Resultados Viscosímetro Cannon Fenske
MUESTRAENSAYO
VISCOSIDAD,cPoise
VISCOSIDADTEORICA, cPoise
%error
Agua
1 0,955
1
4,540
2 1,032 3,200
3 0,774 22,600
4 0,787 21,310
5 0,645 35,500
6 0,645 35,500
Aceite de silicona
1 142,0237
339,5
58,167
2 145,7346 57,074
3 161,9425 52,300
4 163,5857 51,816
5 161,4695 52,439
6 161,8803 52,318
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Tabla 3.2.4-2 Resultados Viscosímetro Caída de Bola
5. DISCUSION
En esta práctica se estimó la viscosidad de dos fluidos, mediante la utilización de
dos métodos; con el viscosímetro de Cannon – Fenske y el viscosímetro de bola,
los dos métodos fueron bastante prácticos ya que mediante su aplicación se
logró obtener datos experimentales con los cuales se pudo realizar los cálculos
respectivos para su posterior análisis. Según la tabla de resultados (Tabla 4.2.3–
1) se indujo que de los métodos el más efectivo fue en el que se utilizó el
viscosímetro de Cannon – Fenske ya que el diseño de este dispositivo favoreció
la toma de mediciones, en especial para el aceite de silicona ya que esta
sustancia al poseer un carácter más viscoso demoró un tiempo prudente en
atravesar las marcas establecidas; en esta práctica se pudieron cometer errores
de tipo de sistemáticos y aleatorios, los cuales intervinieron de una u otra forma
en los resultados obtenidos en la misma, uno de los errores se presentó en la
utilización del viscosímetro de Bola debido a que el objeto utilizado descendía
rápidamente resultando casi imposible determinar el tiempo que tarda el fluido
en atravesar la longitud establecida; además consideramos el error debido a la
MUESTRA ENSAYOVISCOSIDAD,
cPoiseVISCOSIDAD
TEORICA, cPoise%error
Agua
1 119,5104
1
11851,042
2 119,5104 11851,042
3 123,1319 12213,194
4 130,3750 12937,500
5 141,2396 14023,958
6 137,6181 13661,806
Aceite de
silicona
1 744,8000
339,5
119,381
2 662,0444 95,006
3 579,2889 70,630
4 579,2889 70,630
5 744,8000 119,381
6 413,7778 21,879
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apreciación del cronómetro de mano. Para la utilización de estos dos tipos de
viscosímetros es importante identificar los parámetros que cada uno
proporciona, para de esta manera establecer cuál es el mejor dispositivo según
nuestros requerimientos y fluidos a analizar. Finalmente al concluir nuestro
trabajo y basados en nuestra experiencia se recomienda para próximasexperimentaciones tener suma precaución al determinar el tiempo, ya que en
esta parte del experimento se presenta un mayor grado de dificultad.
6. CONCLUSIONES
6.1. Observando los datos obtenidos en las tablas de resultados 4.2.3-1 y 4.2.3-
2, podemos concluir que el método del viscosímetro de Cannon Fenske
tiene mayor eficacia en la medición de la viscosidad de fluidos debido a que
el diseño del viscosímetro favorece la medición del tiempo.
6.2. Basándonos en los porcentajes de error calculados podemos concluir que el
viscosímetro de Bola, no fue una de las mejores opciones para poderdeterminar la viscosidad ya que los fluidos problema presentaban una
viscosidad tan baja que no oponían ninguna resistencia al desplazamiento
de la esfera de vidrio razón por la cual al tratar de determinar el tiempo esto
fue casi imposible. 6.3.
Al observar el viscosímetro de Cannon Fenske podemos apreciar dos
marcas, las cuales están ligeramente definidas por lo que concluimos que se
obtendrá buenos resultados siempre y cuando el fluido problema sea
translucido ya que de esta manera se apreciara exactamente el tiempo que
demora el fluido en atravesar dichas marcas. 6.4. Concluimos que la medición de viscosidad de fluidos por los diferentes
métodos experimentales, se basa en la medición del tiempo de
desplazamiento del fluido de un punto a otro, o en la medición del tiempo
en el que una esfera sólida necesita para recorrer una distancia entre dos
puntos de referencia dentro de un tubo con muestra.
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
7.1. Citas bibliográficas.
(1) Ramírez J., Introducción a la Reologia de los Alimentos, 1a
Edición,Editorial RECITELA, Colombia, 2006, pág. 21. (2) IBID (1), pág. 22.
(3) IBID (2), pág. 22-25.
(4) Mott R., Mecánica de Fluidos Aplicada, Trad. Del Inglés, 4a Edición,
Editorial PRENTICE HALL, México, 2006, pág. 24.
(5) Burbano de Ercilla S., Burbano E., Gracia C., Física General, 32a Edición
Editorial TEBAR, España, 2003, pág.281 (6) Gennaro A., Remington Farmacia, 20a Edición, Editorial MEDICA
PANAMERICANA, Argentina, 2003, pág. 402.
7.2.
Bibliografía.
7/17/2019 Informe 1 Fenomenos
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7.2.1. Ramírez J., Introducción a la Reologia de los Alimentos, 1a Edición, Editorial
RECITELA, Colombia, 2006.
7.2.2. Mott R., Mecánica de Fluidos Aplicada, Trad. Del Inglés, 4a Edición, Editorial
PRENTICE HALL, México, 2006.
7.2.3. Burbano de Ercilla S., Burbano E., Gracia C., Física General, 32a Edición
Editorial TEBAR, España, 2003.7.2.4. Gennaro A., Remington Farmacia, 20a Edición, Editorial MEDICA
PANAMERICANA, Argentina, 2003.
8. ANEXOS
8.1. Diagrama del equipo.
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RESUMEN
Determinación de la viscosidad de un líquido mediante dos métodos, ademásidentificación de los distintos tipos de escalas de viscosidad y los equipos para su
cuantificación; para lo cual se procedió de la siguiente manera: para el primer método se
lavó y seco todos los materiales a utilizar, luego se colocó el fluido en un vaso de vidrio de
forma tubular, se estableció una longitud y se tomó el tiempo que demora en recorrer
dicha longitud una esfera de vidrio; para el segundo método se utilizó un dispositivo el
cual poseía dos marcas de referencia, se procedió a llenar el fluido en el dispositivo y se
midió el tiempo que se demora el fluido en atravesar las dos marcas; se obtuvo datos
experimentales (tiempo)los mismos que servirán para la realización de los cálculos y
posteriormente la obtención de la viscosidad correspondiente y se concluye que el
método donde se utilizó el viscosímetro capilar, genera valores de viscosidad más
próximo a la viscosidad teórica de los fluidos analizados.
DESCRIPTORES: VISCOSIDAD / ESCALA_DE_VISCOSIDAD/VISCOSIMETROS /
FLUIDOS