Determinacin de la viscosidad

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

HOJA DE EVALUACIONASIGNATURA: FENOMENOS DE TRANSPORTESGrupoCdigo del AlumnoApellidos y Nombres

UNICOARPI ARPI, Sonia

UNICO120301CCAMA APAZA, Roxana Nabory

UNICOLEON HANCCO, Delfin

UNICOPILCO VILCA, Yuri Eufemia

UNICOYANAPA VELASQUEZ, Lady Luz

ASPECTOS A EVALUARSEPORCENTAJECALIFICACION

1. Presentacin del trabajo10%

2. Metodologa experimental20%

3. Resultados y discusin40%

4. Conclusiones y recomendaciones10%

5. Referencias bibliogrficas10%

6. Anexos10%

Fecha de entrega:_ _ /_ _/_ _ _ _PRACTICA N 02DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD APARENTE CON UN VISCOSIMETRO DE BROOKFIELDI. OBJETIVO1.1. OBJETIVO GENERAL Conocer, utilizar e interpretar datos obtenido con el viscosmetro de Brookfield para determinar el comportamiento viscoso de un fluido no newtoniano. 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Comprender el funcionamiento de los viscosmetros rotatorios. Manejar adecuadamente el viscosmetro de Brookfield para determinar la viscosidad aparente de un lquido no-newtoniano. Identificar el comportamiento reolgico en rgimen estacionario del lquido elegido. Encontrar un modelo de flujo para la muestra en estudio utilizando un viscosmetro rotatorio.II. FUNDAMENTO TEORICO2.1. VISCOSIDAD ():La viscosidad es una propiedad que tiene un fluido la cual ofrece resistencia al fluir. En un lquido la viscosidad disminuye si aumenta la temperatura, por el contrario, en los gases si la temperatura aumenta la viscosidad tambin aumenta.Es importante aclarar que la viscosidades independiente de la presin y que adems esa resistencia para fluir depende de la cohesin y la rapidez de transferencia de la cantidad de movimiento molecular. As un lquido, cuyas molculas dejan espacios vacos entre ellas mucho ms cerrados que las de un gas, tendr fuerzas cohesivas mucho mayores que las fuerzas cohesivas de un gas.Se dice que la cohesin parece ser la causa predominante de la viscosidad en un lquido, por otro lado, un gas tiene fuerzas cohesivas muy pequeas.La viscosidad puede ser medida por medio de un instrumento llamado viscosmetro y sus unidades se determinan utilizando la ley de viscosidad de Newton, as nos queda: para la viscosidad absoluta, quedndonos en el sistema internacional, newton-segundo por metro cuadrado no tiene nombre; en el sistema ingls es , tambin sin nombre. Una unidad comn en el sistema c.g.s. se conoce como Poise (P); este es (dina/cms2).El viscosmetro de Brookfield.- Es un cilindro o un disco que gira, por medio del cual se mide el esfuerzo de rotacin para vencer la resistencia viscosa producida por el movimiento.Esto se logra por medio del manejo del elemento de inmersin llamado uso o aguja spindle, a travs de un resorte de berillo-cobre, el cual es presionado a cierto grado, indicado por la posicin de la lnea roja en la pantalla del viscosmetro, la marca es proporcional a la viscosidad del fluido para cualquier velocidad y aguja.Este viscosmetro es capaz de medir en varios rangos para dar la resistencia de avance o la deflexin del resorte (torcimiento).La viscosidad es proporcional a la velocidad de la aguja y esta se relaciona con el tamao y la forma.Para un material de una viscosidad de una viscosidad dada, la resistencia dada, la resistencia al avance ser mayor como mayor sea la aguja y/o el incremento de la velocidad rotacional. El rango mnimo de viscosidad se obtiene con la aguja ms grande a la velocidad. El mximo rango se con la aguja ms pequea a la menor velocidad.Las mediciones con la misma aguja a diferentes velocidades se usan para detectar y evaluar propiedades reolgicas del material a prueba.El viscosmetro Brookfield es el tipo rotacional, produce la rotacin de un elemento sensor en un fluido y mide el torque necesario para vencer la resistencia viscosa al movimiento inducido. El elemento inmenso (huso) es accionado por un motor sincronizado a travs de un resorte de cobre de berillo. El grado al cual es girado el resorte, indicado por el dial o por la pantalla digital, es proporcional a la viscosidad del fluido. Se puede medir una variedad de rangos de viscosidad utilizando una velocidad de transmisin mltiple (4 u 8) y husos intercambiables. Con este viscosmetro se puede hacer medidas de viscosidad empleando el mismo uso y/o la velocidad rotacional. Para cualquier modelo, el mnimo rango de viscosidad de obtiene empleando el huso ms grande a la velocidad ms alta, mientras que el rango mximo se obtiene empleando el huso ms grande a la velocidad ms alta, mientras que el rango mximo se obtiene empleando el huso ms pequeo la velocidad baja.

2.1.1. TIPOS DE VISCOSIDADExisten 3 tipos de viscosidad: la dinmica, la cinemtica y la aparente: Viscosidad dinmica (): representando la curva de fluidez (esfuerzo cortante frente a velocidad de deformacin) se define como la pendiente en cada punto de dicha curva. Viscosidad cinemtica (v): relaciona la viscosidad dinmica con la densidad del fluido utilizado. Viscosidad aparente (): se define como el cociente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin. La viscosidad para fluidos no newtonianos, esta denominacin se explica en el siguiente punto:

FIGURA N 01: Curva de fluidez.

Es el comportamiento esquemtico: la lnea recta muestra la relacin proporcional entre la velocidad de corte y el esfuerzo cortante dando como resultado la viscosidad aparente (lnea recta continua), mientras que la viscosidad dinmica es evaluada en cualquier punto (pendiente; lnea recta discontinua) de la curva que caracteriza el fluido no Newtoniano.

III. PARTE EXPERIMENTAL3.1. MATERIALES Y REACTIVOSDeterminacin de la viscosidad

Fenmenos de TransportePgina 2

1 viscosmetro de Brooklied

1 pipeta de 10ml

1 vaso de 50ml

Gaseosa 1 cronometro

3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPasos para operar los viscosmetros Brooklied Colocar al viscosmetro sobre una base firme Nivelar el equipo mediante los tres tornillos que se encuentran en la base con la ayuda del nivel de burbuja que est ubicado a un costado del dial. Si se trabaja con el ULA, es el husillo adecuado para determinar la viscosidad por debajo del 2000centipoise. Para lo cual se coloca en el cilindro exterior 16ml de la muestra problema, se acopia el uso al viscosmetro en la parte ms baja del eje pvot, luego se realiza el auto cero (calibracin de equilibrio) y se procede a programar las caractersticas bajo las cuales trabajara el equipo para determinar la viscosidad aparente y el modelo al cual se ajusta mejor la muestra en estudio. Para poder determinar la viscosidad de fluidos ms densos se trabajara con los otros husillos, para ello se debe acoplar el uso ala viscosmetro en la parte ms baja del eje pvot. Para esto se levanta ligeramente este eje, sujetndole firmemente con la mano izquierda, mientras se va entornillando el uso con la mano derecha. El entornilla miento es de derecha a izquierda en sentido contrario a lo normal. Trasvasar la sustancia problema al vaso de precipitado de 600ml ( ) y colocarlo adecuadamente para introducir en el huso. Insertar y centra el uso en el material a examinar (con la ayuda charnela que se encuentra en el soporte) hasta que nivel de fluido este en la depresin acanalada del eje del huso. Con el huso tipo disco es necesario a veces inclinar el instrumento ligeramente mientras se est introduciendo en la muestra para evitar que se forme y queden atrapados burbujas de aire en la superficie interna. Para hacer una medida de viscosidad, accionar el botn de encendido del motor y dejar un tiempo hasta que el indicador de lectura se estabilice. Este tiempo depender de la velocidad a la cual es viscosmetro est funcionando y de las caractersticas del fluido en examen. Cuando se hace una medida a altas velocidades es necesario presionar el embrague y apagar el motor con el puntero rojo visible en dial de lectura de viscosmetro. Cuando se tenga que cambiar de uso, demuestra, etc., se debe apagar el motor del viscosmetro. Sacar el huso antes de limpiar.

IV. CALCULOS Y RESULTADOS

Llenar las siguientes tablas:TABLA N 1: Caracteristicas del ViscosimetroPeso de HusilloRadio Interno (cm)Radio Externo (cm)Altura del Usillo (cm)Altura del Cilindro esterior (cm)

88.681.3851.47590612.96

TABLA N 2: Caracteristicas del FluidoViscocidad cpVelocidad rpm% par Esfuerzo cortante Dina/Gradiente de Velocidad Temperatura CMuestra

1.578.180.20.1610.00Gaseosa

1.2581.771.61.25100.00Gaseosa

FIGURA N 02: Datos y grafico que nos da el viscosmetro de Broookfield

Identificar el modelo que mejor ajuste, para el fluido en estudio en el viscosmetro rotatorio de cilindros concntricos, considerando un fluido no- newtoniano en general (es decir para el torque como funcin del gradiente de velocidad). Determinar el ndice de consistencia y el ndice de flujo de las muestras en estudio. Utilizar una tabla para reportar sus resultados.

Comparar la viscosidad aparente determinada experimentalmente con la que usted buscara en la bibliografa existente, recuerde que la viscosidad es funcin de la temperatura. Elabora una grfica de () Vs () y discute sobre su semejanza con el comportamiento de los principales tipos de fluidos no- newtonianos. Determina la dependencia de la viscosidad aparente () con respecto (y). Realizar la interpretacin de los resultados obtenidos en funcin al marco terico existente.

V. CONCLUSIONES La viscosidad es una caracterstica que tienen todos los fluidos y sabemos que es la resistencia al corte. La viscosidad de cada fluido vara de acuerdo a la temperatura entre mayor sea la temperatura menor ser la viscosidad del fluido. En esta prctica desarrollada comprendimos que existen dos tipos de fluidos: newtonianos y no newtonianos. Los newtonianos son fluidos que se comportan de manera lineal de acuerdo con el esfuerzo cortante o la deformacin del mismo. Esto no sucede con los no newtonianos ya que su comportamiento vara constantemente, como lo pudimos observar en la prctica realizada y notar que la maicena poda oponerse a una resistencia aplicada, y en reposo poda desplazarse fcilmente. La viscosidad de este fluido dio valores que no eran definidos ni constantes y lgicamente se pudo determinar que se trataba de un fluido no newtoniano debido al comportamiento observado. La realizacin de este tipo de prcticas son muy importantes para todo qumico que estudia los comportamientos de la materia y sus reacciones, ya que nos permite comprender los fenmenos que surgen en nuestro planeta y as enfocar el conocimiento a un beneficio propio y de la humanidad y dar solucin a muchas inquietudes e incgnitas que an se siguen estudiando.

VI. RECOMENDACIONES Los husos o vstagos se encuentran enumerados desde el UNO hasta los nmeros que se indican en los cuadros respectivos, por lo que se recomienda utilizar cada uno de ellos en funcin a la menor o mayor viscosidad, siendo el huso 1 el utilizado para fluidos de ms baja viscosidad en cada caso.2.Para el viscosmetro LVT se recomienda realizar lecturas a 60 rpm. Se deber repetir la lectura 3 ms veces y luego dar el resultado que ser el promedio de las lecturas repetidas.3.Para el viscosmetro RTV se recomienda realizar lecturas a 50 rpm se deber tambin repetir la lectura 3 ms veces y luego dar el resultado que ser el promedio de las lecturas repetidas. Revisar constantemente la calibracin del viscosmetro. Ser cuidadoso con las unidades.

VII. CUESTIONARIO 1. Qu es un fluido no-newtoniano?Los fluidos no newtonianos son aquellos en los que la relacin entre esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin no es lineal. Estos fluidos a su vez se diferencian en dependientes e independientes del tiempo.2. Qu es el parmetro de esfuerzo cortante y que es el parmetro de rapidez de deformaron?A partir de la relacin existente entre fuerza o sistema de fuerzas externas y su respuesta, ya sea como deformacin o flujo. Todo fluido se va deformar en mayor o menor medida al someterse a un sistema de fuerzas externas. Dicho sistema de fuerzas se representa matemticamente mediante el esfuerzo cortante xy, mientras que la respuesta dinmica del fluido se cuantifica mediante la velocidad de deformacin D.Como ejemplo se puede poner un elemento de fluido entre dos placas paralelas infinitas, donde la placa superior se mueve a una velocidad constante u bajo la influencia de una fuerza aplicada Fx. La placa inferior permanece esttica (Figura 1). El movimiento de la placa superior da lugar a un gradiente de velocidad en el fluido. Esta geometra puede ser usada para definir un parmetro reolgico fundamental, el esfuerzo cortante o de cizalladura. Dicho esfuerzo se define como la fuerza por unidad de rea necesaria para alcanzar una deformacin dada, viniendo reflejado en la siguiente expresin:

Donde Ay es el rea del elemento de fluido en contacto con la placa. Las unidades del esfuerzo cortante son mPa.Hay que buscar una alternativa para obtener el esfuerzo cortante de forma que sea medidle fcilmente.

3. Que es la funcin de viscosidad aparente?La viscosidad aparente se define como el cociente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin. Este trmino es el que se utiliza al hablar de viscosidad para fluidos no newtonianos (figura 1).

Figura 1: Curva de fluidez para representar la viscosidad dinmica y aparente.Por ltimo existe otro trmino de viscosidad denominado viscosidad cinemtica, que relaciona la viscosidad dinmica con la densidad del fluido utilizado. Las unidades ms utilizadas de esta viscosidad son los centistokes [cst].1 stoke = 100 centistokes = cm2/s

Su ecuacin es la siguiente:

Siendo: : Viscosidad cinemtica. : Viscosidad dinmica.: Densidad del fluido.

4. Qu es el torque sobre un cilindro que gira?Es el esfuerzo de cizallamiento de esfuerzo inicial, es la misma tensin que debe ser aplicada para haber deformacin o movimiento del fluido.El torque o momento de fuerza se define como la fuerza por el brazo de palanca en nuestro caso el radio de ula,

5. Cules son Los modelos matemticos de comportamiento ms usadas para fluidos no-newtonianos a rgimen estacionario?Fluidos pseudoplsticos, fluidos dilatantes y fluidos con cizallamiento inicial porque estos no dependen del tiempo y se consideran en rgimen estacionario.

6. Qu diferencia a un fluido pseudoplsticos de uno dilatantes y cmo se reconocen en una grfica de () Vs. ()?Los fluidos pseudoplsticos se caracterizan por una disminucin de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformacin. Su comportamiento se puede observar en las siguientes curvas (Figura 2):

Figura 2: Curvas de fluidez y de viscosidad para un fluido pseudoplstico.Se pueden dar dos explicaciones a este fenmeno, teniendo en cuenta que son simplificaciones ya que el flujo que se forma es bastante complejo:Los fluidos dilatantes son suspensiones en las que se produce un aumento de la viscosidad con la velocidad de deformacin, es decir, un aumento del esfuerzo cortante con dicha velocidad. La figura 3 representa las curvas de fluidez y viscosidad para este tipo de fluidos:

Figura 3: Curvas de fluidez y de viscosidad para un fluido dilatantes.

El fenmeno de dilatancia se produce debido al fase dispersa del fluido. En dicho fluido tiene lugar un empaquetamiento de las partculas, dejando a la fase continua casi sin espacio.

Si a continuacin se aplica un esfuerzo, el empaquetamiento se altera y los huecos entre las partculas dispersas aumentan. Adems, conforme aumenta la velocidad de deformacin aplicada, mayor turbulencia aparece y ms difcil es el movimiento de la fase continua por los huecos, dando lugar a un mayor esfuerzo cortante (la viscosidad aumenta).7. Por qu no es fcil encontrar una solucin analtica del modelo para un viscosmetro de Brookfield?No es fcil por los parmetros que pide como velocidad angular momentos de fuerza y que existe variacin de la velocidad con respecto al tiempo y nos pide hacer correcciones.8. Analticamente como se determina la viscosidad aparente utilizando un viscosmetro de brookfield.(Se puede encontrar ms conveniente hacer la inmersin de la aguja antes de asegurarla en el viscosmetro).Se debe tener cuidado de no golpear la aguja contra los lados del recipiente que contiene el material de prueba, mientras se une con el viscosmetro pues esto puede daar la alineacin del eje.

VIII. BIBLIOGRAFIA Brid, R. B., & Steward, W. E. (s.f.). Fenmenos de Transporte. Barbosa Canovas, G.; Ibarz, A.; Peleg, M. 1993.Propiedades reolgicas de alimentos fluidos. ATA Madrid Espaa. Muller, H.1973. Introduccin a la reologa de los alimentos. Editorial Acribia, Zaragoza Espaa.IX. ANEXOS

GRAFICO N 02: Viscosmetro de Brookfield.

GRAFICO N 03: Partes del viscosmetro de Brookfield.

GRAFICO N 04: Juego de usillos.

GRAFICO N 05: Cmara de muestra y juego porta aguja-alargador-aguja.