Prácticas De Viscosimetría.

DETERMINACIÓN DE VISCOSIDADES DE FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS.

RESUMEN.

En los cursos elementales de física de fluidos, teóricos y de laboratorio, a nivel licenciatura e ingeniería, se estudia el tema de viscosidad haciendo referencia únicamente a los fluidos newtonianos. Sin embargo, el creciente empleo de fluidos no newtonianos, obliga a incluir el estudio de este tipo de fluidos. Por lo que conducir experiencias que permitan al estudiante distinguir entre los fluidos newtonianos y no newtonianos ampliará su conocimiento general en este tema. El objetivo de este trabajo es dar una herramienta didáctica para el uso de los diferentes viscosímetros para calcular viscosidades de fluidos newtonianos y no newtonianos a partir de estos. Además, se presentan detalles para la el funcionamiento de un viscosímetro de Brookfiel, Ostwald y Saybolt. Finalmente, se muestran los resultados de la caracterización viscosa de tres fluidos comerciales usando los viscosímetros.

Palabras clave: Fluidos no newtonianos, viscosidad, viscosímetro de brookfiel, viscosímetro Ostwald, viscosímetro Saybolt.

INTRODUCCIÓN.

El estudio de la viscosidad de los líquidos en los cursos de física del nivel superior, se limita a diferenciar principalmente entre flujo laminar y turbulento, así como a presentar los perfiles de velocidad generados bajo ciertas condiciones particulares considerando la idea newtoniana, donde la viscosidad es una constante que depende principalmente de la temperatura y en mucho menor medida de la presión. Por otra parte, en los cursos de laboratorio solo se estudia experimentalmente el comportamiento viscoso de los líquidos en función de la temperatura y el estudiante se queda con la idea de que la viscosidad de un fluido solo cambia con ésta. No obstante, en la actualidad el estudio de la viscosidad se ha visto muy diversificado debido principalmente al comportamiento heterogéneo de los fluidos que se emplean a nivel industrial, tales como las pinturas, suspensiones, emulsiones, polímeros fundidos, entre otros. En donde la naturaleza química de éstos, ya sea por la presencia de partículas coloidales, macromoléculas o agregados al fluido base, muestra que la viscosidad depende de las condiciones de flujo y de la velocidad con que estos fluidos se mueven, alejando totalmente la idea clásica de una viscosidad newtoniana. Este tipo de fluidos han sido clasificados como fluidos no newtonianos. Un estudio completo del comportamiento viscoso de los fluidos, que permita mostrar las diferencias entre newtonianos y no newtonianos resulta algunas veces irrealizable en los laboratorios de enseñanza, debido principalmente a los costos elevados de los equipos comerciales (viscosímetros y reómetros). Los propósitos de este experimento son, el determinar la viscosidad. Para la determinación de la viscosidad utilizaremos el viscosímetro de Ostwald, Brookfiel y Saybolt a los cuales se les introducirán fluidos y se aplicará el funcionamiento de cada uno.

Viscosímetro de Brookfield.

FUNDAMENTOS

Su funcionamiento se basa en la rotación de una aguja o cilindro dentro del material de prueba. El dial del instrumento esta graduado de manera tal que la lectura, multiplicada por un factor, da directamente la viscosidad en centipoises. El aparato está accionado por un motor sincrónico de baja velocidad y alto torque. El mecanismo del tren de engranaje permite diferentes aumentos de cizalla con lo que podemos medir un amplio intervalo de viscosidad con el mismo instrumento. Materiales no newtonianos (Tixotrópicos, dilatantes, plástico) pueden ser medidos a diferentes valores de cizalla, fácil y rápidamente, cambiando la aguja, o la velocidad, o ambos. Existen en el comercio diferentes tipos de viscosímetros Brookfield equipados con diferentes agujas y que trabajan a varias velocidades. Los modelos LV vienen con 4 agujas y de 4 a 8 velocidades. Las agujas se atornillan en el pivote del cabezal, operación que debe hacerse con mucho cuidado para no dañar el mecanismo. El dial esta graduado en divisiones simétricas de 0 a 100 y posee un apuntador. La lectura en el dial, multiplicada por el factor indicado en las tablas provistas con el aparato, da la lectura directamente en centipoise (cps).

OBJETIVO: Conocer, utilizar e interpretar datos obtenido con el viscosímetro de Brookfield para determinar el comportamiento viscoso de tres fluidos distintos.

MATERIAL Y EQUIPO:

1 viscosímetro de Brookfield.

3 vasos de precipitado de 100 ml.

Fluidos:

Salsa picante.

Miel maple.

Shampoo.

PREPARACIÓN Y ACONDICIONAMIETO DE MATERIAL Y EQUIPO.

Lo primero que se debe hacer es calibrar el equipo para que funcione correctamente, esto se logra viendo la burbuja y ayudándose de los tornillos de abajo con los cuales se podrá mover a conveniencia.

Se preparan las agujas a utilizar como el fluido que se utilizara dejándolo reposar durante un periodo de tiempo para que se eliminen cualquier tipo de burbujas de aire que se le pusieran formar al colocarlo en los vasos de precipitado.

PRUEBAS A REALIZAR.

Lo primero que debemos hacer después de haber nivelado el aparato es elegir nuestro primer fluido así como la aguja que vamos a ocupar dependiendo de la viscosidad del fluido (la aguja más pequeña se utiliza para fluidos más viscosos, mientras que la número 7 que es la de mayor tamaño se utiliza para fluidos menos viscosos), una vez elejida se atornilla en el pivote.

Es necesario asignar el número de revoluciones por minuto deseadas.

Debemos colocar en un vaso de precipitados (100ml) la muestra de nuestro fluido.

Bajar el cabezal del equipo hasta que el fluido llegue a la marca de nuestra aguja.

Accionar el interruptor para que comience a girar la aguja. Dejar que gire varias veces y que apuntador se estabilice antes de hacer la lectura.

Parar el motor accionado a la vez el embrague para hacer la lectura.

Leer la lectura señalada por el apuntador y anotarla.

Buscar en la tabla del fabricante el número de rpm que se usaron como el número de aguja dándonos un factor que posteriormente se utilizará para hacer los cálculos de la viscosidad. (Modelo del equipo utilizado RV)

Cambiar ahora por la siguiente aguja y fluido y repetir los mismos pasos.

Nota: se hace anotación que todos los datos obtenidos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Cálculos: Multiplicar la lectura del dial por el factor Finder correspondiente y anotar la viscosidad (µ) en centipoise (cps).

Fluido. Numero de aguja. Número de revoluciones. Lectura del apuntador. Factor Finder. Viscosidad:

µ

Salsa picante. 6 20 11 500 cp 5500cps

Miel maple. 4 20 35 100 cp 3500cps

Shampoo. 5 10 59 400 cp 23600cps

Se pudo observar de la práctica que a mayor velocidad de caída de la masa colgada al viscosímetro, la viscosidad del fluido es menor, y a menor velocidad, la viscosidad del fluido es mayor. Esta observación se basó en el funcionamiento del viscosímetro de Brookfield. El experimento se llevó a cabo bajo condiciones ambientales óptimas, por lo cual se cree que la temperatura y presión no hayan influido de manera directa sobre el cálculo de la viscosidad, pero no quiere decir que no haya error en el cálculo de la viscosidad, sólo que no debe haber incidido mucho en la medición.

CONCLUSIÓN.

Por medio de las propiedades de un fluido podemos hacer un mejor uso del mismo y esto se ha demostrado en la práctica. Si conocemos las propiedades podemos identificar un fluido desconocido.

En este caso no fue necesario reconocer el fluido, pero se ha podido hacer la medición de la viscosidad con el viscosímetro de Brookfield, el cual se basa en el torque necesario para mover el fluido, lo cual indica que el fluido sí tiene esa resistencia de la que se ha hablado anteriormente.

Hemos visto también como la magnitud de la viscosidad del fluido depende de la rapidez de la caída de la masa colgada al viscosímetro, puesto que al caer rápidamente nos indica que el fluido tiene poca resistencia al efecto cortante y por lo tanto su viscosidad es baja; lo contrario ocurre cuando la velocidad es lenta, es decir, una viscosidad alta.

La viscosidad generalmente no se ve afectada por la presión, pero sí por la temperatura. En este caso las condiciones de trabajo han sido ambientales, por lo cual se llega a la conclusión de que los resultados son confiables.

viscosimetro ostwald.

FUNDAMENTOS

Se utiliza para líquidos newtonianos. La determinación de la viscosidad está basada en el tiempo que tarda determinado volumen del líquido en fluir a través de un orificio. Tiene la limitación de que para cada intervalo pequeño de viscosidad se necesita un aparato con un diámetro diferente en el orificio de salida, por lo que hay que trabajar con una serie de estos. Conociendo todas las medidas del viscosímetro se puede calcular la viscosidad absoluta aplicando la formula de Hagenbach Poiseville.

Desde el punto de vista práctico, en lugar del viscosímetro de Ostwald, se puede determinar la viscosidad relativa por medio de una bureta, midiendo el tiempo que tarda en fluir un volumen determinado del líquido problema y comparándolo con el tiempo que tarda en fluir el mismo volumen de agua o de un líquido de referencia. En este caso se deben conocer las densidades del problema y del agua o del líquido en referencia a la temperatura de operación. Como los líquidos

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