“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO”FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Determinación de la Viscosidad por el Método de Ostwald CÁTEDRA : FENÓMENOS DE TRANSPORTE. CATEDRÁTICO : ING. WILDER EFRAÍN EUFRACIO ARIAS INTEGRANTES : BALDEON CARHUAMANTA, Elias HILARIO MEZA, Slee. ROMANÍ MONTES, Miguel. cada una de las mediciones se realizo a cuatro temperaturas diferentes 18. trabajando a diferentes temperaturas. Se realizó el experimento del fluido en estudio en nuestro caso el alcohol.0861 1. A partir de los datos obtenidos en la parte experimental. después obtenemos un tiempo promedio.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME SEMESTRE : V-A Huancayo – Perú 2011 RESUMEN Al realizar la practica Nº1 en el laboratorio que tiene por objetivo primordial el de determinar la viscosidad de un fluido mediante el método del viscosímetro de Ostwald.649 Con estos valores deducimos que a medida que la temperatura aumenta. 30 y 34 grados centígrados. 2 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . para lo cual en nuestro caso se hizo solo dos mediciones de tiempo debido a que el radio del capilar era muy pequeño y demandabá mucho tiempo. en un fluido newtoniano su viscosidad disminuye.757 1. y utilizando los datos de tablas se obtuvo la viscosidad del alcohol a las temperaturas dadas: Temperatura 18 30 34 nalcohol 2. En el invierno la temperatura ambiente disminuye de modo que el flujo del aceite puede ser insuficiente para la lubricación requerida. En la Industria química la mayoría de los fluidos son no newtonianos sin embargo como en el caso de los aceites de plantas naturales y semillas tienen un comportamiento de fluido newtoniano.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME INTRODUCCIÓN Un aceite newtoniano se alimenta por gravedad a una maquinaria. la medición de la viscosidad será dificil determinar por el metódo de las esferas que caen. El ingeniero sugiere calentarlo en la misma tubería con una cinta de calentamiento. En estos casos. El flujo y el comportamiento de los fluidos revisten gran importancia en muchas de las operaciones unitarias de la ingeniería de los diversos procesos. por lo que se hace necesario utilizar otros métodos como: Cannon Fenske Ostwald. ¿Cuál sería la temperatura mínima que proporcione un flujo adecuado?. 3 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . Estudiar la influencia de la temperatura en la viscosidad de un líquido. OBJETIVO GENERAL: Determinar la viscosidad de un fluido (alcohol) mediante el método del viscosímetro de Ostwald a diferentes temperaturas. Determinar si el fluido con el que estamos trabajando es Newtoniano o no Newtoniano.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Comprenda los principios del funcionamiento de los viscosímetros capilares. 4 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia. Si la ecuación (1) se rescribe de la forma: tyx = k • |du/dy| n -1 •(du/dy) = h •(du/dy) (2) (1) Entonces: h = k |du/dy| n . Esta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y k = m. Los fluidos tixotrópicos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo. Por lo común. el cual se convierte para un flujo unidimensional en: tyx = k•(du/dy)n Donde: El exponente n se llama índice de comportamiento del flujo y k el índice de consistencia. es decir. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. es decir es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. La mayor parte de los fluidos no newtonianos tienen Viscosidades aparentes que son relativamente altas comparadas con la viscosidad del agua. Flujo de Líquido No-Newtoniano entre dos placas paralelas 5 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA .1 se denomina viscosidad aparente.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME MARCO TEÓRICO FLUIDOS NO NEWTONIANOS Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son conocidos como no newtonianos. Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre tyx y du/dy para fluidos independientes del tiempo. Después de la deformación. El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. A tales fluidos se les llama viscoelásticos. Las dimensiones de n son [L2 /t]. La unidad para n es un stoke (stoke = cm2/s). la unidad básica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s). Hay varios tipos de comportamientos no Newtoniano. el aire. En la mecánica de fluidos a menudo surge la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad. m. La mayoría de los materiales con algún significado industrial son no Newtonianos. La mayor parte de los fluidos comunes como el agua. y la gasolina son prácticamente newtonianos bajo condiciones normales. Entonces: tyx =adu/dy (3) La constante de proporcionalidad de la ecuación (3) es la viscosidad absoluta (dinámica). Un gráfico de esfuerzo de corte ó viscosidad en función de la velocidad de corte se conoce como reograma. Así. Y en el segundo la viscosidad depende del esfuerzo de corte aplicado. DIFERENCIA ENTRE LOS FLUIDOS NEWTONIANOS Y FLUIDOS NO NEWTONIANOS: En el primero la viscosidad es constante independientemente del esfuerzo de corte al cual se somete el fluido. El reograma para un fluido Newtoniano es una línea recta cuya pendiente es la Viscosidad. Esta relación recibe el nombre de viscosidad cinemática y se representa mediante el símbolo n. la ley de viscosidad de Newton está dada para un flujo unidimensional por: tyx = m•(du/dy) (4) Las dimensiones de la viscosidad dinámica son [Ft/L2] o en forma equivalente [M/Lt]. En el sistema métrico.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME FLUIDOS NEWTONIANOS Son aquellos fluidos donde el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez de deformación. 6 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . el mini-viscosímetro rotatorio (MRV). a una temperatura constante y controlada.que usan el troqué de un eje rotatorio para medir la resistencia al flujo del fluido. el viscosímetro Brookfield y el Simulador de Cojinete Cónico (TBS) son viscosímetros rotatorios. Se visualiza ese líquido como constituido por CAPAS cilíndricas concéntricas.. Si la velocidad con que desciende el líquido no es alta. pues posee más resistencia a fluir). sistema ahora descartado. y la velocidad de rotación.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME VISCOSIDAD La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Todas las viscosidades cinemáticas se miden con viscosímetros capilares. Como bien puede apreciarse de la Figura 1el tubo está en posición vertical y el líquido dentro del tubo descenderá debido a una diferencia en presión (P) entre los extremos del tubo. La velocidad de corte puede variar entre casi 0 a 106 s-1 cambiando el diámetro del capilar y la presión aplicada. Los tipos de viscosímetros capilares son: .Viscosímetros de capilar de vidrio . Un flujo laminar es un flujo en el cual no hay turbulencia y que obedece la Ley de Newton. Antiguamente se utilizaban los Segundos Saybolt Universales (SSU). TIPOS DE VISCOSÍMETROS: 1. el espacio entre el rotor y la pared del estator. el flujo será newtoniano o laminar. Con el propósito de obtener una expresión cuantitativa de la viscosidad utilizaremos un MODELO que consiste de un líquido en un tubo capilar cilíndrico de radio interno R y largo l. que miden la velocidad de flujo de un volumen fijo de fluido a través de un orificio de diámetro pequeño. (5) La medida de la viscosidad es en Centistokes = mm2/seg ó Centipoises = Centistokes/Densidad según el sistema internacional. es decir una medida de la resistencia que ofrece una capa de aceite a desplazarse sobre la capa adyacente.. El Simulador de Cigueñal Frío (CCS).Viscosímetros rotatorios. 7 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA .Viscosímetros capilares.Viscosímetros capilares de alta presión 2. A mayor viscosidad mayor resistencia a fluir (Ej. La velocidad de corse se puede cambiar modificando las dimensiones del rotor. de radio r y espesor dr. la miel es más viscosa que el agua. P= diferencia de presión.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME FUNDAMENTO El volumen de un líquido que fluye por el interior de un tubo. Se entiende por flujo en línea recta. 8 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . llamado flujo turbulento el cual es de tratamiento difícil. cuando las móleculas de las capas líquidas se mueven paralelas a las paredes del tubo. En este método trabajaremos utilizando otro líquido como referencia. por debajo de este ensanchamiento se prolonga el tubo de forma capilar “B” y luego se ensancha de nuevo formando en la otra rama el depósito esférico “C”. con la temperatura y con el tipo de flujo. varía ampliamente con la naturaleza del líquido. 2t 2 : son viscosidas. densidad y tiempo de escurrimiento del líquido que se investiga. L= longitud del tubo capilar. 1t1 : son viscosidad. r= radio del tubo capilar. en la unidad de tiempo y bajo una presión dada. sea en línea recta o turbulante. Pr 4 t 8VL Donde: V= volumen del líquido de la viscosidad “ ”. una de cuyas ramas posee en su parte superior dos bulbos con señales “a” y “b” como se muestra en la figura. A altas velocidades de flujo o cuando este pasa por tuberias de diámetros grandes. La viscosidad de un líquido se mide generalmente observando el tiempo requerido para que un volumen dado del mismose escurra por un tubo capilar de dimensiones definidas y bajo una diferencia de presión conocida. La Ley a la cual obedece el fenómeno de escurrimiento de un líquido a través de un tubo capilar. densidad y tiempo de escurrimiento del agua. fue descubierta por Poiseuille. llamado también o viscoso. En este tipo de flujo la propiedad del líquido que gobierna su velocidad es la viscosidad. 2 . t= tiempo de escurrimiento. VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE OSTWALD El viscosímetro de Ostwald consiste de un tubo en forma de “U”. que por lo general es el agua para el cuál se adapta la siguiente ecuación: 1 t 11 2 2t 2 Donde: 1 . Se presentan en los líquidos que se trasladan por tubos de diámetros pequeños y a velocidades bajas. siendo uno de los más conocios el viscosímetro de Ostwald. el tipo de flujo cambia a otro en remolinos. Con una perilla se succiona el líquido por el extremo de los dos bulbos en serie hasta que su nivel superior se encuentra llenando el bulbo A. 3. Introducir el líquido en el bulbo C con una pipeta. en tanto que su nivel en el bulbo inferior (C) está cerca del fondo del mismo. por el extremo amplio. 10 mL. 1. Se mide el tiempo en el que se vacía el bulbo B desde su marca superior hasta su marca inferior. para garantizar la reproducibilidad de los resultados. Se retira la perilla para provocar un flujo por gravedad. Efectuar los pasos 1 a 7 para un líquido de viscosidad conocida. 5. 1 Cocinilla. de agua. Quitar la perilla. 1 Termómetro. de muestra: Líquido de baja viscosidad (alcohol 96°). 2. Lavar y limpiar el viscosímetro con un solvente adecuado y secarlo con aire limpio. 4. como se muestra en la figura. El líquido se introduce por el extremo amplio hasta llenar unas ¾ partes del bulbo inferior. PROCEDIMIENTO: Se tendrá un conjunto de baños térmicos a diferentes temperaturas. 1 Vaso de Precipitación de 1L. 8. para encontrar la constante de calibración a diferentes temperaturas y luego para un líquido de viscosidad desconocida. 6. Repetir los pasos 4 a 6 dos veces como mínimo. Tomar el tiempo de flujo entre las marcas del bulbo B. EQUIPO PRINCIPAL: El viscosímetro de Ostwald consta de un tubo capilar inclinado con dos bulbos superiores en serie aguas arriba (bulbos A y B) y un bulbo aguas abajo (bulbo C). 50 mL. 1 Cronómetro. 9 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . Cargar el bulbo A por succión con la perilla. para la realización de esta práctica. Este tiempo nos permite determinar el coeficiente de viscosidad del líquido. Introducir el viscosímetro en el baño térmico adecuado a la temperatura deseada y esperar unos 5 minutos a que la temperatura se equilibre. 7. 1 Transformador de voltaje.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME PARTE EXPERIMENTAL EQUIPOS Y MATERIALES: Viscosímetro de Ostwald. 75767 temperatura Alcohol 18º 30º 34º Densidad(g/cm3) 0.99376 viscosidad(cp) 1.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME CÁLCULOS Y RESULTADOS Tablas temperatura Agua 18º 30º 34º densidad(g/cm3) 0.0804 0.9952 0.83 0.7806 0.99784 0.84267 Datos experimentales Temperatura Agua 18º 30º 34º Tiempo(s) 1 171 152 142 Tiempo(s) 1 427 346 308 2 427 348 310 2 175 152 144 Promedio 173 152 143 Temperatura Alcohol 18º 30º 34º Promedio 173 347 309 10 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA .82745 0. FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME Calculos realizados ( ) Según las tablas y los datos experimentales: ( ) Según las tablas y los datos experimentales: ( ) Según las tablas y los datos experimentales: 11 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . 5 1 0.5 2 VISCOSIDAD 1.0861 1.649 Alcohol 2.757 1.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME Resultados temperatura 18 30 34 viscosidad(cp) 2.5 0 0 5 10 15 20 TEMPERATURA 25 30 35 40 12 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA . Según tablas la viscosidad del alcohol etilico es 1.649 cp.757 cp. en nuestros resultados obtuvimos una viscosidad considerablemente lejana a la teorica. solo trabajamos con dos medidas de tiempo por temperatura. 13 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA .194 cp a 20ºC. Se determino que la viscosidad del alcohol etilico a 34º C es 1.0861 cp. esta poca aproximacion se pudo producir a que a la hora de remplazar los datos de densidad del alcohol y el agua. Se determino que la viscosidad del alcohol etilico a 30º C es 1. estos datos se obtuvieron a 1 atm de presion. CONCLUSIONES Se determino que la viscosidad del alcohol etilico a 18º C es 2. debido a esto coroboramos mas la lejanía de nuestra viscosidad experimental con la teórica. en nuestro caso. A la hora de hacer la mediciones de tiempo para obtener la viscosidad.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME DISCUSIÓN DE RESULTADOS Según el primer gráfico la temperatura es inversamente proporcional a la temperatura Según el segundo grafico el logaritmo de la viscocidad es proporcional a la inversa de la temperatura. E. y Ligthfoot. Guía de Laboratorio de Fenómenos de Transporte. 1982. 14 FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA .E. Reverte.FENÓMENOS DE TRANSPORTE INFORME BIBLIOGRAFÍA Bird. Stewart.N..B. Fenómenos de Transporte. W. R.