viscosimetria

PRACTICA: VISCOSIMETRIA

NOMBRE: DIEGO FERNANDO CADENA RODRÍGUEZ

Fecha de realización de la práctica: 20 de Abril 2012

OBJETIVOS

1. Determinar viscosidades de un líquido mediante método de flujo laminar2. Determinar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un líquido3. Determinar la viscosidad de un líquido mediante el método de la esfera descendente

INTRODUCCIÓN:

En un fluido newtoniano, el gradiente de velocidad es proporcional al esfuerzo cortante. La constante de proporcionalidad se llama viscosidad y se define mediante la ecuación:

τi = η du/dy

donde:

τi = esfuerzo cortante η = viscosidad du/dy = gradiente de velocidad

o escrita como función de fuerza:

f = η A v / af = fuerza requerida para que una capa de un fluido (con viscosidad η) de área A se mueva a una velocidad v con respecto a otra capa de la misma área separada por una distancia a un cuerpo sumergido en un fluido en movimiento experimenta dos fuerzas que son: fuerza de resistencia al arrastre paralela al movimiento y la fuerza de sustentación que es perpendicular a la dirección del flujo de fluido sin perturbar. Estas fuerzas dependen de la viscosidad del fluido.

La fórmula dimensional de la viscosidad absoluta es la siguiente: [η] = ML-1t-1

En sistema cgs, la unidad de viscosidad recibe el nombre de poise y se define: 1 poise = 1 g/(cm * s) g = gramos

cm = centímetros s = segundos

En unidades inglesas, la viscosidad absoluta se expresa en lb / (pie * sg) mediante el siguiente factor de conversión: 1 poise (p) = 0.0672 lb/(ft * sg)

Para determinar la viscosidad podemos utilizar varios métodos entre ellos: flujo laminar y esfera descendente. Las ecuaciones requeridas son:1. Ecuación poiselle (método flujo laminar).

η=π D4(P₁−P₂)

128vL

η = viscosidad D = Diámetro interno del tubo v = flujo volumétrico (volumen V de fluido por unidad de tiempo, a través de un capilar de diámetro D y longitud L) (P1 – P2): diferencia de presión

2. Ecuación para método de esfera descendente.

η=2 r ²( ρ−ρ₀)g

9Vη = viscosidad r = radio de la esfera ρ= densidad del cuerpo que cae (esfera) ρ0 = densidad del fluido g = aceleración de la gravedad V = velocidad promedio de caída de la esfera (distancia recorrida en unidad de tiempo)

PRACTICA EXPERIMENTAL

Materiales y Equipos

1. 1 Bureta o pipeta de 25 ml2. 1 Probeta 50 o 100 ml3. 2 vasos de precipitados (100 y 400 ml)4. Cronómetro

5. Esferas6. Termómetro7. Calibrador8. Balanza9. Estufa10. Líquidos /aceites, agua, alcohol y glicerina

Procedimiento

Método Flujo Laminar:

Este método para determinar la viscosidad de un fluido, consiste en medir la velocidad del flujo de fluido a través de un tubo cilíndrico largo (pipeta o bureta).

1. Agregar la sustancia problema a una bureta2. Abrir completamente la llave de la bureta y medir el tiempo que tarda en pasar de un volumen inicial igual al volumen de la bureta hasta un volumen final determinado.3. Repetir el procedimiento con la muestra a 40°C4. Repetir el procedimiento con agua y las mismas condiciones (muestra de referencia)

Método de la Esfera Descendente:

1. Para la esfera medir la masa y el diámetro (con un calibrador). (Calcular la densidad de la esfera)2. Colocar el líquido en la probeta hasta un nivel tal que pueda dejar caer la esfera desde dicho nivel exactamente.3. Dejar caer la esfera4. Medir el tiempo que tarda la esfera en caer desde la superficie del líquido hasta el fondo del recipiente.5. Medir la altura del líquido para determinar la velocidad de la esfera en caer.6. Repetir con agua (si la esfera no es muy pesada y no se corre riesgo de romper el fondo de la probeta)

RESULTADOS

AGUA

Tabla 1: Tabla de Tiempos para dos Temperaturas diferentes

Medición Tiempo (s)T = 20 ⁰C

Tiempo (s)T=40 ⁰C

1 3,4 0,222 3,8 0,213 2,5 0,254 2,5 0,285 2,8 0,236 2 0,217 2,4 0,198 3 0,29 2,9 0,22

10 2,5 0,24

Promedio 2,78 0,225

Tabla 2: Tabla de Tiempos para dos Temperaturas diferentes mediante el método de la Esfera


Tiempo (s)T=40 ⁰C

1 0,628 0,6072 0,619 0,5973 0,63 0,5544 0,6 0,5345 0,694 0,5816 0,638 0,5257 0,62 0,5318 0,65 0,5789 0,628 0,506

10 0,644 0,55

Promedio 0,6351 0,5563

ALCOHOL:



Tiempo (s)T=40 ⁰C

1 0,415 0,4442 0,443 0,4163 0,414 0,4384 0,402 0,4315 0,428 0,4586 0,452 0,4687 0,413 0,4218 0,492 0,4359 0,421 0,487

10 0,418 0,487

Promedio 0,4298 0,4485


Medición Tiempo (s)T=40 ⁰C

1 0,282 0,253 0,294 0,325 0,236 0,287 0,278 0,249 0,29

10 0,25

Promedio 0,27

GLICERINA:



Tiempo (s)T=40 ⁰C

1 686,4 245,42 730,8 213,63 780,6 2494 694,8 214,85 723 209,46 726 241,87 690 2468 792 214,89 798 245,4

10 687 243

Promedio 730,86 232,32



Tiempo (s)T=40 ⁰C

1 219,6 61,82 192 76,83 231,6 63,64 194,4 725 223,8 64,26 201 667 223,8 70,28 214,2 62,49 208,8 67,8

10 213 75

Promedio 212,22 67,98

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

AGUA


Estos tiempos los hemos tomado a 2 temperaturas diferentes (20 y 40 ⁰C), con una pipeta con 10 ml de liquido problema, el objetivo era determinar cuánto se demoraba en pasar a otro recipiente, eso lo hicimos 10 veces y en la tabla anterior relacionamos esto, Los tiempos tomados están en segundos.

Luego procedemos a calcular el flujo volumétrico con la siguiente ecuación:

Flujo volumetrico=VolumenTiempo

Después encontramos la diferencia de presión que hay en nuestro Proceso y por último calculamos la viscosidad con la ecuación de flujo laminar que es:

¿π∗(r)4∗(P1−P2)

128∗V∗L

ParaunaTemperatura de20℃

Λ P=P1−P2

Λ P=101325N

m2−101325

N

m2+(1 g

c m3∗980

cm

s2∗18,5 cm)=18130 g

cm∗s2

Flujo volumetrico=1000cm3

0,2.78 s=3597.122 cm

3

s

η=

π∗(3.5cm)4∗18130∗gcm∗s2

128∗(3597.122 c m3

s )∗(18,5cm)

=1.003 gcm∗s



0,225 s=4444.44 cm

3

s

η=

π∗(3.5cm )4∗18130∗gcm∗s2

128∗(4444.4 c m3s )∗(18.5cm )=0.8112

gcm∗s


Los tiempos para el método de la esfera los tomamos a 2 temperaturas (20 y 40 ⁰C), colocamos cierta cantidad de líquido en la probeta y posteriormente lanzamos la esfera hacia abajo y tomamos el tiempo de cuanto se demora en tocar el fondo de la probeta con el líquido problema. La tabla anterior relaciona estos tiempos y estos están en segundos

Con un calibrador medimos el diámetro de la esfera y con una balanza su masa, para calcular su densidad ya que lo vamos a utilizar más adelante

Radio Esfera: 0,3 cm

Masa Esfera: 1,2 gramos

Calculamos el volumen con la siguiente ecuación:

Vesfera=43π r3=0.1130cm3

Y luego decimos que la densidad es:

densidad=mv

Así la densidad será:

densidad= 1,2 g

0.1130 cm3=10.61 g

cm3

Posteriormente calculamos la velocidad, promediamos los tiempos calculados y la distancia es constante que es la altura de la probeta hasta donde subió el liquido

Velocidad= 18.5cm0,6351 s

=29.129 cms

Ya con esto utilizamos la formula de la esfera descendente de la siguiente forma:

η=2∗(r )2∗(pesfera−pfluido)∗g

9V



=29.129 cms

η=2∗(0,3cm )2∗(10,6 g

cm3−1

g

cm3 )980 cms29∗29,129 cm

s

=6.4726 gcm∗s



=33.255 cms

η=2∗(0,3cm)2∗(10,6 g

cm3−1

g

cm3 )980 cms29∗33.255 cm

s

=5.65 gcm∗s

ALCOHOL




0,4298 s=2326.66 cm

3

s

η=

π∗(3.5cm)4∗18130∗gcm∗s2

128∗(2326.66 cm3

s )∗(22.1cm)

=1.2986 gcm∗s



0,4485 s=2229.65 cm

3

s

η=

π∗(3.5cm)4∗18130∗gcm∗s2

128∗(2229.65 c m3

s )∗(22.1cm)

=1.3551 gcm∗s




densidad= 1,7 g

0,1795cm3=9.465 g

cm3



Velocidad=22,1cm0,27 s

=81.85 cms

η=2∗(0,35cm)2∗(9.465 g

cm3−1

g

cm3 )980 cms29∗81.85 cm

s

=2.7590 gcm∗s

GLICERINA




730.86 s=1.368 cm

3

s

η=

π∗(3.5cm)4∗18130∗gcm∗s2

128∗(2326.66 cm3

s )∗(23.47cm)

=1.22 gcm∗s



232.32 s=4.30 cm

3

s

η=

π∗(3.5cm)4∗18130∗gcm∗s2

128∗(4.30 cm3

s )∗(23.47 cm)

=661.650 gcm∗s




densidad= 1,1g

0,15053cm3=7.3073 g

cm3



Velocidad=23,47cm212.22 s

=0.11059 cms

η=2∗(0,33cm)2∗(7,3073 g

cm3−1

g

cm3 )980 cms29∗0.11059 cm

s

=1352.59 gcm∗s


Velocidad=23.47cm67.98 s

=0.345 cms

η=2∗(0,33cm)2∗(7.3073 g

cm3−1

g

cm3 )980 cms29∗0.345 cm

s

=433.57 gcm∗s

CONCLUSIONES:

- A través de los datos obtenidos en este laboratorio podemos concluir que de las 3 sustancias la que presenta mayor viscosidad es la glicerina, como la viscosidad de esta sustancia es elevada no fluye con facilidad.

- Podemos afirmar que a mayor temperatura la viscosidad para las sustancias disminuye, por esto el valor de la temperatura y la viscosidad serán inversamente proporcionales.

- Las viscosidades obtenidas en la práctica experimental afirman las viscosidades teóricas con un pequeño margen de error, esto debido a las circunstancias normales de una práctica experimental.

BIBLIOGRAFIA:

- http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/portal_fisica/portal_ingind/portal_fisica/documentos_pf/guiaslab/fisica3.pdf

- http://www.monografias.com/trabajos33/viscosidad/viscosidad.shtml- http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad- http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Poiseuille

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Poiseuille

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

http://www.monografias.com/trabajos33/viscosidad/viscosidad.shtml

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/portal_fisica/portal_ingind/portal_fisica/documentos_pf/guiaslab/fisica3.pdf

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/portal_fisica/portal_ingind/portal_fisica/documentos_pf/guiaslab/fisica3.pdf

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