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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