Practica 1. Viscosidad OBJETIVO GENERAL Definir Experimentalmente los valores de viscosidad de 2 sustancias. Objetivos específicos

1. Comparar la precisión del viscosímetro Zahn con respecto al dispositivo Brookfield utilizando dos sustancias (Aceite de Ricina y Aceite de Almendras)

2. Comparar la precisión del viscosímetro Stormer con Brookfield 3. Graficar el comportamiento de la viscosidad de la glicerina al disminuir la

temperatura, utilizando para ello el dispositivo Stormer. MARCO TEÓRICO La viscosidad de un fluido se define como la resistencia de un líquido a fluir, puede decir que es equivalente a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo. Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se define al esfuerzo cortante como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. La medida de esa resistencia a fluir, es el Poise, (sistema CGM) que es definido como la fuerza necesaria para mover un centímetro cuadrado sobre una superficie paralela a la primera a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una película lubricante de 1 cm de espesor . En la práctica, es medida por tubos capilares. La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales y se debe a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento. Se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega 𝜇 .

La medida más común es la mecánica y se conoce como viscosidad cinemática, o “centistock” abreviada cSt y se representa por V . Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido. Cuando un laboratorio mide la viscosidad, mide esta resistencia y cruza con una tabla (manual o automática) para reportar la viscosidad cSt.

𝛾 =𝜇𝜌

La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que el resultado es reportado. Viscosímetro Stormer Un viscosímetro es un instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido. El viscosímetro Stormer es un dispositivo rotatorio empleado para determinar la viscosidad de las sustancias, es muy usado en las industrias de elaboración de pintura. Consiste en un cilindro que puede girar en el interior de un recipiente de la misma forma. Mediante un sistema de pesos y poleas de muy baja fricción, se ejerce una torca constante sobre el cilindro interior, que lo hace girar a una velocidad angular constante a partir de la cual se puede determinar la viscosidad del líquido. La viscosidad se determina por medio de tablas que relacionan los pesos y el tiempo que tarda en alcanzar 100 revoluciones por minuto.

Fig. 1 Grafica de viscosidad contra tiempo para viscosímetro Stormer.

Ecuación para determinación de viscosidad. Utilizando la tabla anterior y aplicando el método numérico de regresión lineal a los datos de la misma, se determinó una ecuación lineal para encontrar la viscosidad de las sustancias agregando teniendo el tiempo como variable independiente.

𝑉 = 289+

57 𝑡

Dónde: V: Viscosidad en centipoises t: tiempo en segundos que tarda en completar 100 rpm

La ecuación anterior tiene un coeficiente de correlación de 0.99985947.

Viscosímetro Zahn Descripción: Las copas de inmersión de viscosidad tipo Zhan, marca Byk Gardner están diseñadas para cumplir con los parámetros de la norma ATM 04212. Están constituidas de acero inoxidable y resistentes a la corrosión, consiste en una copa en forma de bala que puede contener hasta aproximadamente 48 ml. El rango de viscosidad de la copa está determinado por un orificio perforado con precisión en la parte inferior de la copa. Un asa de 12 pulgadas permite a la copa a ser sumergida en un recipiente de líquido. En el centro de la parte superior de la manija del lazo es una placa de identificación. Cada copa zahn viene con diferente diámetro del orificio, a continuación se detallan las características de cada una: N° de Copa Diámetro del orificio (pulgadas) 1 .08 2 .11 3 .15 La copa de inmersión de viscosidad tipo Zahn son instrumentos robustos que son baratos y fáciles de operar. Pueden ser utilizados en cualquier lugar para poner a prueba la viscosidad de una amplia variedad de fluidos de acuerdo con métodos de prueba estándar ASTM 0816, DI084, o D4212. Los rangos de viscosidad de aproximadamente 20 a 1800 centistokes (cSt) para los diferentes materiales pueden ser evaluados con un conjunto de cinco copas diferentes, como se muestra a continuación: N°de copa Rango de Viscosidad (cSt) Aplicación (Material)

1 60 Max. Líquidos muy finos

2 20 - 230 Aceites finos, pinturas y barnices mixtos

3 150 - 850 Aceites medio mixtos, pinturas y esmaltes

La copa Zahn N° 1 se utiliza para líquidos muy finos, con bajas viscosidades de hasta un máximo de 60 cSt La copa Zahn N° 2 se utiliza para se puede utilizar para aceites finos, pinturas y barnices mixtos (rango de viscosidad 20 cSt y/o 230) La copa Zahn N° 3 se utiliza para aceites medios, pinturas y esmaltes mixtos, en el rango de 150 a 850 cSt. Tenga en cuenta la superposición de rangos de viscosidad entre diferentes copas. Si la espera del alcance de su aplicación es susceptible de sobrepasar el rango de una copa determinada, utilice la copa N° 3 en vez de la Copa N° 2

Viscosímetro Brookfield Instrumentos de medición y control de viscosidad, indispensables en el control de calidad de innumerables productos. todos se suministran con certificado de fábrica, juego de agujas, instructivo, estuche y soporte. Todos los viscosímetros Brookfield utilizan el conocido principio de la viscosimetria rotacional; miden la viscosidad captando el par de torsión necesario para hacer girar a velocidad constante un husillo inmerso en la muestra de fluido. El par de torsión es proporcional a la resistencia viscosa sobre el eje sumergido, y en consecuencia, a la viscosidad del fluido. • Son de fácil manejo e instalación, sin necesidad de un alto grado de

conocimientos operativos. • De gran versatilidad, cuentan con una amplia gama de viscosidades Este instrumento ofrece unas características sofisticadas: su pantalla digital de fácil lectura permite disponer cómodamente de datos en % ( Brookfield), convertible fácilmente en unidades cPs y en una señal de salida de 0 a 10 mV o de 0 a 1V para su conexión a un registrador de papel continuo. La capacidad de realizar un registro constante de la viscosidad potencia enormemente la función del viscosímetro cuando se analizan los procesos reologicos que tienen lugar ràpidamente o durante un largo periodo de tiempo. Posibilita la elaboración de perfil reológico de un fluido, elemento que resulta de gran valor en los procesos de

control de calidad. Lectura en pantalla: Viscosidad (cP o mPas), escala % (Brookfield), Velocida (rpm), aguja utilizada. MATERIAL

Material Descripción Cantidad Vaso de Precipitado 500 ml 2

Probeta 100 ml 1 Termómetro - 1 Cronometro - 1

Plancha - 1 Vaso 100 ml 1

PROCEDIMIENTO

1. Calibrar el equipo (dependiendo del instrumento en caso de ser necesario) 2. Tener listas las muestras a medir 3. Tomar el tiempo para cada uno de los equipos 4. Realizar cálculos dependiendo de la manera en que se maneja el

instrumento 5. Hacer la comparación entre cada uno de los dispositivos

RESULTADOS Viscosímetro Stormer

TIEMPO VISCOSIDAD

cP 𝑃𝑎 ∙ 𝑠 Viscosímetro Zahn

TIEMPO VISCOSIDAD

cP 𝑃𝑎 ∙ 𝑠 Viscosímetro Brrokfield

TIEMPO VISCOSIDAD

cP 𝑃𝑎 ∙ 𝑠

FUENTES DE INFORMACIÓN - Mott R. L. Mecánica de Fluidos - “Propiedades de los fluidos” Recuperado el 08 de Febrero de 2015 de

http://fcm.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/VISCOSIDAD.htm “Viscosímetro de Stormer” Recuperado el 08 de Febrero de 2015 de http://tecno.cruzfierro.com/cursos/fenomenos1/2013b/lab3

- Viscosidad. Consultado en: http://www.widman.biz/Seleccion/viscosidad.html, el día 09 de Febrero de 2015

- Viscosimetro Brookfield Recuperado el 09 de Feb de 2015

http://www.instrumentacion.com.mx/HTML/VISCOSIMETROS.htm