ESTUDIO REOLÓGICO DEL ACEITE

ESTUDIO REOLÓGICO DEL ACEITE

MEDIANTE EL MÉTODO DE

ESFERAS QUE CAEN

(Fallingballs) /MÉTODO DE

STOKES

I. RESUMEN:

La idea fundamental de esta experiencia es determinar la viscosidad del aceite, usando el método de la fórmula de Stokes.

Usando una probeta, cinco billas, de diferentes diámetros, se lanzaron de una marca superior especificada, hasta una marca inferior, midiéndose el tiempo que demora en caer la billa entre estas dos marcas.

Estos tiempos fueron utilizados para determinar la velocidad límite, sabiendo la distancia y el tiempo que recorre la billa en el fluido.

Conociendo además el diámetro y densidad de la billa y la densidad del fluido en estudio, se puede determinar la viscosidad del líquido mediante la fórmula de Stokes.

Con el estudio de las fuerzas que interactúan en la billa a medida que cae, se puede constatar una fórmula para determinar esta viscosidad, que está en función de la velocidad límite, con este último inversamente proporcional a la viscosidad.

Se espera que a medida que aumenta la viscosidad, la velocidad vaya disminuyendo, y en efecto, con los gráficos se puede demostrar explícitamente lo que la fórmula de Stokes da a conocer.

Como todo experimento, existen inconvenientes, entre el más destacado es la toma de la medida del tiempo con un reloj-cronómetro, esto es debido que en la viscosidad promedio del aceite que se pudo determinar en esta experiencia, es aproximadamente menor que la viscosidad esperada.

II. INTRODUCCIÓN:

Si se coloca una gota de un cierto fluido en un plano inclinado, puede ser que llegue abajo en unos cuantos segundos, como también lo puede hacer en un largo tiempo limitado. Esto ocurre porque existe un roce entre las capas del fluido, en unos se presentan con menor roce que otros, de aquí nace el concepto de viscosidad.

En esta experiencia se plantea el objetivo de determinar la viscosidad de un fluidos que es usado normalmente en actividades, como es el aceite, mediante la fórmula de Stokes.

Básicamente la fórmula de Stokes consiste en analizar la caída de una bola de acero, en un tiempo dado sobre el fluido a estudiar y mediante un cuidadoso análisis físico-mecánico, se puede constatar el valor de la viscosidad.

Para la realización del experimento, es indispensable conocer el tiempo de caída de la bola, para ello se tomó el tiempo con un cronómetro, esto podría ser una de las restricciones en que lo valores de la viscosidad puedan variar considerablemente. Es muy probable que la persona que toma el tiempo, tenga un cierto margen de error en su reacción al accionar el cronómetro cuando la bola alcanza la marca inferior.

Una vez obtenidos los primeros datos, se toman los promedios de las velocidades límites y se grafican de acuerdo a su viscosidad, densidad del fluido y diámetro de bola. Al hacer estos gráficos, se puede demostrar con mayor claridad y precisión lo que está ocurriendo y a la vez comparar el comportamiento de los fluidos en estudio.

FUENTE:J.L. VAZQUEZ Mecánica de Fluidos

I. OBJETIVOS

Verificar el comportamiento newtoniano del aceite empleando la ecuación de stokes

III. MARCO TEÓRICO

3.1 REOLOGIA:

Ciencia de la deformación de la materia que se ocupa del estudio de la deformación de los cuerpos aparentemente continuos y coherentes, fricción entre sólidos e incluso de la reducción a partículas o molturación (Burgos,1978). fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/.../reologia/reologia.html.

3.2 BILLAS DE ACERO:

Las billas de acero son bolas de acero para una gran diversidad de usos. Pueden ser: Cromadas o de acero inoxidable.

Fig. 1

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3.3 ACEITE:

Los aceites comestibles provienen tanto del reino animal como del vegetal. Una manera de determinarlos químicamente se centra principalmente en extraer el aceite de la planta usando éter petróleo y metanol a reflujo y luego aplicar una vez purificado una cromatografía en fase vapor y con esto observar la proporción de ácidos grasos presentes en este aceite. También se puede determinar usando el reactivo de Janus o Wiggs.

Fig.2

www.pierdagrasaabdominal.com/aceites-de-cocina-sanos-vs-insalubr...

3.4 PROBETA:

La probeta o cilindro graduada es un instrumento volumétrico, hecho de vidrio, que permite medir volúmenes considerables con un ligero grado de inexactitud. Sirve para contener líquidos.

Fig. 3

tplaboratorioquimico.blogspot.com/2008/09/probeta.html

3.5 BALANZA ANALÍTICA:

La balanza analítica es uno de los instrumentos de medida más usados en laboratorio y de la cual dependen básicamente todos los resultados analíticos.

Las balanzas analíticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 µg a 0,1 mg, están bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso. Aún así, el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos físicos son los más importantes porque no pueden ser suprimidos.

Fig.4

tplaboratorioquimico.blogspot.com/2008/08/balanza-analitica.html

3.6 PICNÓMETRO:

Aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. También se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho, cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones de tal manera que un volumen puede obtenerse con gran precisión.

Para llenar el picnómetro se quita el tapón esmerilado, que está hueco o perforado, se añade la muestra con una probeta pequeña, se rellena el picnómetro con agua destilada y se tapa. El líquido subirá por el interior del tapón hasta el capilar. Puede ocurrir que incluso rebose, en cuyo caso se secaría cuidadosamente por fuera procurando que el líquido llene totalmente el tapón o que el exceso se pueda medir con el capilar. Así se determina el volumen de la muestra contenido en el recipiente. Algunos picnómetros, menos precisos, no tienen tapón, sino un cuello largo aforado; en este caso, el picnómetro se llenaría hasta el enrase marcado en el cuello y de esta forma se conocería el volumen del líquido.

La masa del líquido se determina por diferencia entre la masa del picnómetro lleno y vacío, y la densidad del líquido será el cociente entre su masa y el volumen que ocupa.

Fig.5

www.slideshare.net/.../determinacin-de-densidades-con-el-picnmetro.

3.7 CRONOMETRO:

Es un reloj cuya precisión ha sido comprobada y certificada por algún instituto o centro de control de precisión.

www.softonic.com/s/cronometro

3.8 REGLA:

Es un instrumento de medición con forma de plancha delgada y rectangular que incluye una escala graduada dividida en unidades de longitud.

Fig. 6

www.futsala.com/reglas

3.9 CALIBRADOR:

Es uno de los instrumentos mecánicos para la medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados. Se cree que la escala vernier fue inventado por un portugués llamados Petrus nonius.

Fig. 7

es.scribd.com/doc/5552279/Instrumentos-de-Medicion-calibrado

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

4.1 MATERIALES

4.1.1 MATERIA PRIMA:

 ACEITE

4.1.2 MATERIALES:

 BILLAS DE ACERO

 PROBETA

 PICNÓMETRO

 REGLA

 IMÁN

4.1.3 INSTRUMENTOS:

 BALANZA ANALÍTICA

 CRONOMETRO

 CALIBRADOR

4.2 MÉTODO

FORMULAS

FORMULA 1:

FORMULA 2:

FORMULA 3:

FORMULA 4:

FORMULA 5:

FORMULA 6:

FORMULA 7:

FORMULA 8:

V.RESULTADOS Y DISCUCIONES

Tablas y graficos

TABLA NUMERO 1: Resultado

NUMERO DE BILLAS VOLUMEN (mm.) PESO(gr.) DENSIDAD

(Kg)

(con elvolumen en la práctica) DENSIDAD

(Kg.)

(con el volumen en lo teórico) DIAMENTRO

(cm.)

1 0.1 0.4 4000 6493.51 0.49

2 0.2 0.9 4500 6569.34 0.64

2 0.3 2.0 6666.6 7194.24 0.81

4 0.4 3.4 8500 7343.41 0.96

DIAGRAMA: (con el esfuerzo corregido)

TABLA NUMERO 2: Resultado esfuerzo de corte y velocidad de corte

Esfuerzo de corte (y)

Pa Velocidad de corte (x)

1/seg

89.74 1447.47

118.38 1149.28

122.58 942.96

137.91 861.94

Fig. 8

VI CONCLUSIONES:

 A medida que el diámetro aumenta, la velocidad límite y la viscosidad aumenta en conjunto, pero en un diámetro constante y determinado.

 Cuando la densidad aumenta, la velocidad límite disminuye. Inconscientemente, se dice que mientras más denso es el fluido, la velocidad límite de caída de la bola es menor, concluyendo que a medida que aumenta la densidad, la viscosidad aumenta.

 Al aumentar el diámetro de la bola, la velocidad límite aumenta.

Estas importantes características observadas en el experimento concuerdan con la fórmula de Stokes, dando como resumen los siguientes supuestos físicos:

 La viscosidad es inversamente proporcional a la velocidad límite.

 La velocidad límite es directamente proporcional al diámetro de la bola.

 La velocidad límite es directamente proporcional a la densidad de un fluido, para un cierto material (bola).

VII. RECOMENDACIONES

 Implementación del laboratorio para una mejor realización de las practicas:

• Calibrador.

• Balanzas.

• Pilas para las balanzas.

 Fumigación constante en los ambientes (laboratorio)

VIII. BIBLIOGRAFÍA

 es.scribd.com/doc/5552279/Instrumentos-de-Medicion-calibrador

 fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/.../reologia/reologia.html.

 J.L. VAZQUEZ Mecánica de Fluidos

 tplaboratorioquimico.blogspot.com/2008/09/probeta.html

 tplaboratorioquimico.blogspot.com/2008/08/balanza-analitica.html

 www.basco.com.pe/productos_billas.html

 www.pierdagrasaabdominal.com/aceites-de-cocina-sanos-vs-insalubr...

 www.slideshare.net/.../determinacin-de-densidades-con-el-picnmetro.

 www.softonic.com/s/cronometro

 www.futsala.com/reglas

IX. ANEXOS

-HALLANDO LA DENSIDAD DEL ACEITE

• Volumen del picnómetro = 25 ml

Picnómetro con aceite 39.3 gr.

Picnómetro vacío 16.6 gr.

______________________________

Peso neto del aceite 22.7 gr.

• Diámetro de la probeta 6.17 cm.

-HALLANDO LA DENSIDAD DEL LIQUIDO (con el volumen en la práctica)

FORMULA:

Densidad N°1:

Densidad N°2:

Densidad N°3:

Densidad N°4:

-HALLANDO LA DENSIDAD DEL LIQUIDO (con el volumen en lo teórico)

FORMULA:

• Hallando el volumen en la teoría:

FORMULA:

• Hallando los radios:

FORMULA:

Radio N°1:

Radio N°2:

Radio N°3:

Radio N°4:

• Hallando los volumen:

Volumen N°1:

Volumen N°2:

Volumen N°3:

Volumen N°4:

• Hallando las densidades (en la teoría):

Densidad N°1:

Densidad N°2:

Densidad N°3:

Densidad N°4:

-HALLANDO LA VISCOSIDAD (con el volumen en lo practico)

FORMULA:

• Hallando la velocidad terminal:

e = 33.1cm

FORMULA:

Volumen N°1:

Volumen N°2:

Volumen N°3:

Volumen N°4:

• Hallando las viscosidades (en la práctica):

Viscosidad N°1:

Viscosidad N°2:

Viscosidad N°3:

Viscosidad N°4:

- HALLANDO LA VISCOSIDAD (con el volumen en lo teórico)

FORMULA:

Viscosidad N°1:

Viscosidad N°2:

Viscosidad N°3:

Viscosidad N°4:

-HALLANDO LA VELOCIDAD DE CORTE

FORMULA:

V. de corte N°1:

V. de corte N°2:

V. de corte N°3:

V. de corte N°4:

-HALLANDO EL ESFUERZO DE CORTE (con el volumen en lo teorico)

FORMULA:

E. de corte N°1:

E. de corte N°2:

E. de corte N°3:

E. de corte N°4:

-HALLANDO LA ECUACION CORREGIDA

FORMULA:

E. corregida N°1:

E. corregida N°2:

E. corregida N°3:

E. corregida N°4:

-HALLANDO EL ESFUERZO DE CORTE CON LA VISCOSIDAD CORREGIDA

E. de corte N°3:

E. de corte N°4:

FOTOS

Fig. 1 Fig. 2

Fig.3 Fig.4

Fig. 5 Fig. 6

Fig. 7 Fig.8

Fig. 9 Fig. 10

...