Viscosidad Del Alcohol

“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.

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

SEMESTRE

:

INFORME

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, trabajando a diferentes temperaturas. Se realizó el experimento del fluido en estudio en nuestro caso el alcohol; cada una de las mediciones se realizo a cuatro temperaturas diferentes 18, 30 y 34 grados centígrados, 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, después obtenemos un tiempo promedio. A partir de los datos obtenidos en la parte experimental, y utilizando los datos de tablas se obtuvo la viscosidad del alcohol a las temperaturas dadas: Temperatura

nalcohol

18

2.0861

30

1.757

34

1.649

Con estos valores deducimos que a medida que la temperatura aumenta, en un fluido newtoniano su viscosidad disminuye.

2

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

INTRODUCCIÓN

Un aceite newtoniano se alimenta por gravedad a una maquinaria. En el invierno la temperatura ambiente disminuye de modo que el flujo del aceite puede ser insuficiente para la lubricación requerida. El ingeniero sugiere calentarlo en la misma tubería con una cinta de calentamiento. ¿Cuál sería la temperatura mínima que proporcione un flujo adecuado?. El flujo y el comportamiento de los fluidos revisten gran importancia en muchas de las operaciones unitarias de la ingeniería de los diversos procesos. 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. En estos casos, la medición de la viscosidad será dificil determinar por el metódo de las esferas que caen, por lo que se hace necesario utilizar otros métodos como: Cannon Fenske Ostwald.

3

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

OBJETIVOS

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:



Comprenda los principios del funcionamiento de los viscosímetros capilares.



Determinar si el fluido con el que estamos trabajando es Newtoniano o no Newtoniano.



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.

4

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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, es decir es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre tyx y du/dy para fluidos independientes del tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en: tyx = k•(du/dy)n

(1)

Donde: El exponente n se llama índice de comportamiento del flujo y k el índice de consistencia. Esta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y k = m. Si la ecuación (1) se rescribe de la forma: tyx = k • |du/dy| n -1 •(du/dy) = h •(du/dy)

(2)

Entonces: h = k |du/dy| n - 1 se denomina viscosidad aparente. La mayor parte de los fluidos no newtonianos tienen Viscosidades aparentes que son relativamente altas comparadas con la viscosidad del agua. El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrópicos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. Después de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelásticos.

Flujo de Líquido No-Newtoniano entre dos placas paralelas

5

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

FLUIDOS NEWTONIANOS Son aquellos fluidos donde el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez de deformación. La mayor parte de los fluidos comunes como el agua, el aire, 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), m. Así, 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, la unidad básica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s). En la mecánica de fluidos a menudo surge la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad. Esta relación recibe el nombre de viscosidad cinemática y se representa mediante el símbolo n. Las dimensiones de n son [L2 /t]. La unidad para n es un stoke (stoke = cm2/s). 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. Y en el segundo la viscosidad depende del esfuerzo de corte aplicado. Un gráfico de esfuerzo de corte ó viscosidad en función de la velocidad de corte se conoce como reograma. El reograma para un fluido Newtoniano es una línea recta cuya pendiente es la Viscosidad. La mayoría de los materiales con algún significado industrial son no Newtonianos. Hay varios tipos de comportamientos no Newtoniano.

6

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

VISCOSIDAD La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido, es decir una medida de la resistencia que ofrece una capa de aceite a desplazarse sobre la capa adyacente. A mayor viscosidad mayor resistencia a fluir (Ej. la miel es más viscosa que el agua, pues posee más resistencia a fluir).

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. Se visualiza ese líquido como constituido por CAPAS cilíndricas concéntricas, de radio r y espesor dr. 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. Si la velocidad con que desciende el líquido no es alta, el flujo será newtoniano o laminar. Un flujo laminar es un flujo en el cual no hay turbulencia y que obedece la Ley de Newton.

(5) La medida de la viscosidad es en Centistokes = mm2/seg ó Centipoises = Centistokes/Densidad según el sistema internacional. Antiguamente se utilizaban los Segundos Saybolt Universales (SSU), sistema ahora descartado. TIPOS DE VISCOSÍMETROS: 1.- Viscosímetros capilares; que miden la velocidad de flujo de un volumen fijo de fluido a través de un orificio de diámetro pequeño, a una temperatura constante y controlada. La velocidad de corte puede variar entre casi 0 a 106 s-1 cambiando el diámetro del capilar y la presión aplicada. Todas las viscosidades cinemáticas se miden con viscosímetros capilares. Los tipos de viscosímetros capilares son: - Viscosímetros de capilar de vidrio - Viscosímetros capilares de alta presión 2.- Viscosímetros rotatorios;que usan el troqué de un eje rotatorio para medir la resistencia al flujo del fluido. El Simulador de Cigueñal Frío (CCS), el mini-viscosímetro rotatorio (MRV), el viscosímetro Brookfield y el Simulador de Cojinete Cónico (TBS) son viscosímetros rotatorios. La velocidad de corse se puede cambiar modificando las dimensiones del rotor, el espacio entre el rotor y la pared del estator, y la velocidad de rotación. 7

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

FUNDAMENTO El volumen de un líquido que fluye por el interior de un tubo, en la unidad de tiempo y bajo una presión dada, varía ampliamente con la naturaleza del líquido, con la temperatura y con el tipo de flujo, sea en línea recta o turbulante. Se entiende por flujo en línea recta, llamado también o viscoso, cuando las móleculas de las capas líquidas se mueven paralelas a las paredes del tubo. Se presentan en los líquidos que se trasladan por tubos de diámetros pequeños y a velocidades bajas. En este tipo de flujo la propiedad del líquido que gobierna su velocidad es la viscosidad. A altas velocidades de flujo o cuando este pasa por tuberias de diámetros grandes, el tipo de flujo cambia a otro en remolinos, llamado flujo turbulento el cual es de tratamiento difícil. 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, siendo uno de los más conocios el viscosímetro de Ostwald. La Ley a la cual obedece el fenómeno de escurrimiento de un líquido a través de un tubo capilar, fue descubierta por Poiseuille.



Pr 4 t 8VL

Donde: V= volumen del líquido de la viscosidad “  ”; L= longitud del tubo capilar; r= radio del tubo capilar; t= tiempo de escurrimiento; P= diferencia de presión.

VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE OSTWALD

El viscosímetro de Ostwald consiste de un tubo en forma de “U”, una de cuyas ramas posee en su parte superior dos bulbos con señales “a” y “b” como se muestra en la figura, 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”. En este método trabajaremos utilizando otro líquido como referencia, que por lo general es el agua para el cuál se adapta la siguiente ecuación:

1 t  11 2  2t 2 Donde:

 1 , 1t1 : son viscosidad, densidad y tiempo de escurrimiento del líquido que se investiga.

 2 ,  2t 2 : son viscosidas, densidad y tiempo de escurrimiento del agua.

8

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

PARTE EXPERIMENTAL EQUIPOS Y MATERIALES: Viscosímetro de Ostwald. 1 Cronómetro. 1 Vaso de Precipitación de 1L. 1 Termómetro. 1 Cocinilla. 1 Transformador de voltaje. 10 mL. de muestra: Líquido de baja viscosidad (alcohol 96°). 50 mL. de agua.

       

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), como se muestra en la figura. El líquido se introduce por el extremo amplio hasta llenar unas ¾ partes del bulbo inferior. 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, en tanto que su nivel en el bulbo inferior (C) está cerca del fondo del mismo. Se retira la perilla para provocar un flujo por gravedad. Se mide el tiempo en el que se vacía el bulbo B desde su marca superior hasta su marca inferior. Este tiempo nos permite determinar el coeficiente de viscosidad del líquido.

PROCEDIMIENTO: Se tendrá un conjunto de baños térmicos a diferentes temperaturas, para la realización de esta práctica. 1. Lavar y limpiar el viscosímetro con un solvente adecuado y secarlo con aire limpio. 2. Introducir el líquido en el bulbo C con una pipeta, por el extremo amplio. 3. Introducir el viscosímetro en el baño térmico adecuado a la temperatura deseada y esperar unos 5 minutos a que la temperatura se equilibre. 4. Cargar el bulbo A por succión con la perilla. 5. Quitar la perilla. 6. Tomar el tiempo de flujo entre las marcas del bulbo B. 7. Repetir los pasos 4 a 6 dos veces como mínimo, para garantizar la reproducibilidad de los resultados. 8. Efectuar los pasos 1 a 7 para un líquido de viscosidad conocida, para encontrar la constante de calibración a diferentes temperaturas y luego para un líquido de viscosidad desconocida. 9

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

CÁLCULOS Y RESULTADOS Tablas

Agua

Alcohol

temperatura

densidad(g/cm3)

viscosidad(cp)

18º 30º 34º

0,99784 0,9952 0,99376

1,0804 0,82745 0,75767

temperatura

Densidad(g/cm3)

18º 30º 34º

0,7806 0,83 0,84267

Datos experimentales

Temperatura Agua

18º 30º 34º

Temperatura Alcohol

10

18º 30º 34º

Tiempo(s) 1 171 152 142

2 175 152 144 Tiempo(s)

1 427 346 308

2 427 348 310

Promedio 173 152 143

Promedio 173 347 309

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

Resultados temperatura 18 30 34

Alcohol

viscosidad(cp) 2,0861 1,757 1,649

2.5

VISCOSIDAD

2 1.5 1 0.5 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

TEMPERATURA

12

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

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. Según tablas la viscosidad del alcohol etilico es 1.194 cp a 20ºC, en nuestros resultados obtuvimos una viscosidad considerablemente lejana a la teorica, esta poca aproximacion se pudo producir a que a la hora de remplazar los datos de densidad del alcohol y el agua, estos datos se obtuvieron a 1 atm de presion. A la hora de hacer la mediciones de tiempo para obtener la viscosidad, en nuestro caso, solo trabajamos con dos medidas de tiempo por temperatura, debido a esto coroboramos mas la lejanía de nuestra viscosidad experimental con la teórica.

CONCLUSIONES 

Se determino que la viscosidad del alcohol etilico a 18º C es 2.0861 cp.



Se determino que la viscosidad del alcohol etilico a 30º C es 1.757 cp.



Se determino que la viscosidad del alcohol etilico a 34º C es 1.649 cp.

13

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

INFORME

BIBLIOGRAFÍA

Bird, R.B., Stewart, W.E. y Ligthfoot, E.N. 1982. Fenómenos de Transporte, Reverte. Guía de Laboratorio de Fenómenos de Transporte.

14

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA