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1. TEMA: VISCOSIDAD DE FLUIDOS 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general Determinar la viscosidad de varios fluidos de prueba mediante el viscosímetro de oswald, cannon, saybolt. 2.2 Objetivo especifico  Conocer la importancia de la viscosidad de los fluidos.  Determinar los factores que influyen en la viscosidad  Realizar el procedimiento para medición de viscosidad de los fluidos de prueba. 3. MARCO TEORICO 3.1 Viscosidad de líquidos La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento. En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna. La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales

TIPOS DE VISCOSIDAD 3.2 Viscosidad absoluta o dinámica La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades a través de las cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P),el Pascal-Segundo (Pa-s) y el centiPoise (cP), siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1Pa-s = 10 P = 1000 cP. La Viscosidad Absoluta suele

denotarse a través de la letra griega .Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de latemperatura, disminuyendo al aumentar ésta. 3.3 Viscosidad Cinemática La Viscosidad Cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como บ, por lo cual บ= µ/d. Algunas de las unidades para expresarla son el m2/s, el stoke (St) y el centistoke (cSt), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m2/s =10000 St = 1x10^6 cSt. Imagínese dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta, los cuales se harán fluir verticalmente a través de un orificio. Aquél de los fluidos que tenga mayor densidad fluirá más rápido, es decir, aquél que tenga menor viscosidad cinemática. 3.4 UNIDADES DE VISCOSIDAD Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ. En unidades en el SI: [µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s1] ; otras unidades: 1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1] Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido. ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el stokes (St). 3.5 METODO VISCOSÍMETRO DE OSWALD El método mas sencillo para medir viscosidades es mediante un viscosímetro de Ostwald (vease figura). En este tipo de viscosímetros, se determina la viscosidad de un líquido midiendo el tiempo de flujo de un volumen dado V del líquido en un tubo capilar bajo la influencia de la gravedad. Para un fluido virtualmente incompresible, como un líquido, este flujo está gobernado por la ley de Poiseuille de la forma:

donde dV/dt es la velocidad de flujo del líquido a lo largo de un tubo cilíndrico de radio r y de longitud L, y (p1 - p2) es la diferencia de presiones entre los dos extremos del tubo. Dado que (p1 - p2) es proporcional a la densidad del líquido en estudio, se puede demostrar que para un volumen total dado de un líquido:

donde t es el tiempo en que el menisco superior cae de la marca superior del viscosímetro a la inferior (de A a B) y K es una constante del aparato que debe determinarse por calibración con un líquido de viscosidad conocida (por ejemplo, agua).

3.6 METODO DE VISCOSIMETRO DE CANNON DESCRIPCIÓN DEL VISCOSÍMETRO El viscosímetro de Cannon - Fenske está basado en el mismo principio que el viscosímetro de Ubbelohde. Se aplica únicamente a líquidos transparentes. Existen diversos tipos de viscosímetros Cannon - Fenske, en función de la viscosidad a medir, por lo que debe tomarse para el ensayo el que esté dentro del rango de viscosidades a medir. consta de una ampolla de vidrio cuyo volumen V está limitado por dos señales marcadas en el vidrio. Este depósito está conectado por su parte inferior a un tubo, en parte capilar, que termina en otra ampolla situada en un nivel inferior que la primera, tomando el conjunto forma de U. (los viscosímetros utilizados tienen, además, otra ampolla de vidrio encima de la de volumen V para evitar que se salga el líquido durante la operación de carga). CÁLCULOS Calcular la viscosidad de la muestra, en centistokes, multiplicando el tiempo, en segundos, por la constante del equipo, a la temperatura del ensayo:

cálculo de la viscosidad Siendo K la constante 0.0129 cSt/seg.:

propia del equipo, generalmente en torno a

En el caso de expresar la viscosidad en cP, se determinará la viscosidad absoluta: cálculo de la viscosidad. Siendo d la densidad del líquido problema a la temperatura del ensayo.

Fig.2 viscosimetro de cannon 3.7 VISCOSÍMETRO

UNIVERSAL

SAYBOLT

La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad. Éste es el principio sobre el cual está basado el viscosímetro de Saybolt. Después de que se establece el flujo, se mide el tiempo requerido para colectar 60 mL del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en Segundos Universales Saybolt (SSU o. en ocasiones, SUS). Puesto que la medición no está basada en la definición fundamental de viscosidad, los resultados son solamente relativos. Sin embargo, sirven para comparar las viscosidades de diferentes fluidos. La ventaja de este procedimiento es que es sencillo y requiere un equipo relativamente simple. Se puede hacer una conversión aproximada de SSU a viscosidad cinemática. En las figuras siguientes se muestran el viscosímetro de Saybolt disponible comercialmente y la botella de 60 mL que se utiliza para colectar la muestra. El uso del viscosímetro de Saybolt fue cubierto anteriormente por la norma ASTM D88. Sin embargo, dicha norma ya no es apoyada por la ASTM.. Se le da preferencia ahora al uso de los viscosímetros capilares de vidrio descritos en las normas ASTM D445 D446 que son los métodos estándar de prueba para viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos, y las especificaciones estándar e instrucciones de operación para viscosímetros cinemáticas capilares de vidrio, respectivamente.

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON UN VISCOSÍMETRO SAYBOLT El viscosímetro Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo esta un orificio de dimensiones especificas. El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante. Cuando la muestra en el tubo alcanza la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para que 60ml del líquido pasen a través del orificio. La muestra se recoge en un frasco estándar calibrado. La unidad de medida es el tiempo en segundos requeridos para que 60 ml de un fluido fluyan a través del orificio a una temperatura dada. Esto es reportado como segundos Saybolt universal (sus). Por ejemplo: 350 sus a 100ºF. El viscosímetro Saybolt Furol: Utiliza el mismo principio que el universal, excepto que es diseñado con un orificio más grande para adaptarse a fluidos más viscosos.

Fig.3 Viscosímetro de saybolt 4. PROCEDIMIENTO Viscosímetro de oswald A) Verificar que el viscosímetro se encuentre limpio y seco. B) Tomar la medida de temperatura del liquido de prueba. C) Se llenó el viscosímetro con el líquido problema de tal manera que el nivel del líquido en el bulbo que no está marcado quedara hasta la mitad y en el bulbo que tenía las marcas el nivel del líquido quedara por encima de la marca superior D) Este llenado se hace con la ayuda de una pera de succión colocándola en el extremo superior de la rama donde están las marcas (a) y (b) del viscosímetro.

E) Se quita la perilla de succión para que el líquido problema comience su descenso y cuando pasa por la marca (a) se activa el cronómetro y cuando pasa por la marca (b) se detiene midiendo el tiempo que se demoró para ir de la marca (a) hasta la marca (b). Para cada líquido se hicieron tres lecturas. F) Realizar este procedimiento con el agua destilada y alcohol. Viscosímetro de cannon

a) Efectuar la medida con el viscosímetro limpio y seco. Si la muestra contiene o puede contener polvo o partículas en suspensión. b) Tomr la medida de la temperatura del liquido de prueba. c) Llenar el viscosímetro, con el liquido hasta a que la muestre llene los dos bulbos y llegue exactamente hasta la marca de aforo inferior. aYudarse con un pera de succion. d) Dejar caer libremente el líquido y medir el tiempo que tarda en pasar desde el primer aforo hasta el segundo. Efectuar una nueva medida, sin limpiar ni desmontarle del termostato. Promediar las medidas de tiempo. e) Realizar este procedimiento la muestra de diesel y gasolina .

Viscosímetro de saybolt a) b) c) d) e)

Verificar que el equipo de trabajo esté completamente limpio. Después colocar el fluido de prueba en el tubo de bronce, Observamos la temperatura del líquido, se procede a retirar el cocho de seguridad Se mide el tiempo requerido para colectar 60 mL del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en Segundos Universales Saybolt (SSU o. en ocasiones, SUS). f) Tomar 3 mediciones de tiempo, realizar el mismo procedimiento con el petróleo y aceite de moto.

5. MONTAJE DEL EQUIPO 5.1 GRAFICO EQUIPO ARMADO

3 4

2 12

5.2 MATERIALES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Termómetro A±1℃ Viscosímetro de oswald Viscosímetro de cannon Viscosímetro de saybolt Muestra de petroleo Muestra de diesel Muestra de gasolina Muestra de aceite de moto Muestra de alcohol Agua destilada Pera Balanza eléctrica +-0.001 gr Probeta 100ml

6. DATOS EXPERIMENTALES

FLUIDO

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)

Viscosidad

Agua destilada

22

0,976

0,955

Alcohol

24

0,868

1,64

Viscosímetro de oswald

Viscosímetro de canonn

Fluido Gasolina

Diesel

Temperatura (°C) 20

Tiempo

Densidad (g/ml)

51,16

0,7248

20

51,18

0,7248

20

51,17

0,7248

22

6.22

0,8257

22

6,21

0,8257

22

6,23

0,8357

15,24

2,11

Viscosímetro de sybolt

Fluido Aceite de moto

Petróleo

Viscosidad

Temperatura (°C) 20,2

n

Tiempo

1

177,20

20,2

2

178,41

20,2

3

178,68

22,3

1

24,39

22,3

2

24,48

22,3

3

24,31

7. Cálculos a) Densidad de cada muestra

DENSIDAD DE AGUA DESTILADA Masa probeta = 81,602 gr Masa probeta + liquido = 96,242 gr Masa liq= 14,64 gr Vol= 15 ml 𝜌𝑟 𝐻2𝑂 = 𝜌𝑟 𝐻2𝑂 =

𝑚

𝜌𝑟 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =

𝑣 14.64 𝑔𝑟

𝜌𝑟 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =

15 𝑚𝑙

𝑣

13,024 𝑔𝑟 15 𝑚𝑙

𝜌𝑟 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 0,868 𝑚𝑙

DENSIDAD DEL DIESEL Masa probeta = 81,617 gr Masa probeta + liquido = 89,874 gr Masa liq= 8,257 gr Vol= 10 ml

𝜌𝑟 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 =

𝑚

𝑔𝑟

𝜌𝑟 𝐻2𝑂 = 0,976 𝑔/𝑚𝑙

𝜌𝑟 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 =

DENSIDAD ALCOHOL Masa alcohol= 13,024 Vol= 15 ml

𝑚

DENSIDAD GASOLINA Masa gasolina= 7,248 Vol= 10 ml

𝜌𝑟 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 =

𝑣 8,257 𝑔𝑟

𝜌𝑟 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 =

10 𝑚𝑙

𝜌𝑟 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 = 0,8257 𝑔/𝑚𝑙

𝑚 𝑣 7,248𝑔𝑟 10 𝑚𝑙 𝑔𝑟

𝜌𝑟 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 = 0,7248 𝑚𝑙

b) Viscosidad de cada fluido Viscosidad del agua 𝜇𝑥 𝐻2𝑂 = 𝜌

𝜌𝑥 .𝑡𝑥 𝐻2𝑂𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 .𝑡𝐻2𝑂

𝜇𝐻2𝑂 = 0,955 𝑐𝑝

Viscosidad del diesel

Viscosidad del alcohol 𝜇𝑥 𝐻2𝑂𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜

𝜇𝑥 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =

𝑔𝑟 )𝑥(4,61𝑠) 𝑚𝑙 𝑔 (0,976 )𝑥(2,38𝑠) 𝑚𝑙

(0,868

𝑥0,955 𝑐𝑝

𝜇𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 1,64 𝑐𝑝

Viscosidad gasolina

𝜇𝑥 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 =

𝑔 )𝑥(6,22𝑠) 𝑚𝑙 𝑔 (0,976 )𝑥(2,38𝑠) 𝑚𝑙

(0,8257

𝜇𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 = 2,11 𝑐𝑝 Viscosidad del petróleo 𝑆𝑆𝑈

𝑢 = 4,6347 𝑢=

24,393 𝑆 4,6347

𝜇𝑃𝐸𝑇𝑅𝑂𝐿𝐸𝑂 = 5,26 𝑐𝑆𝑡

𝑥0,955 𝑐𝑝

𝜇𝑥 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 =

𝑔𝑟 )𝑥(51,17𝑠) 𝑚𝑙 𝑔 (0,976 )𝑥(2,38𝑠) 𝑚𝑙

(0,7248

𝑥0,955 𝑐𝑝

𝜇𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 = 15,24 𝑐𝑝 Viscosidad aceite de moto 𝑆𝑆𝑈

𝑢 = 4,6347 𝑢=

178,097 𝑆 4,6347

𝜇𝐴𝐶𝐸𝐼𝑇𝐸 = 38,43 𝑐𝑆𝑡

8. Cuestionario

8.2 Describir todos los métodos para medir viscosidad Método viscosímetro de Ostwald Este método es muy útil para determinar la viscosidad de fluidos poco densos, su procedimiento es sencillo, Es quizás el modelo que más se ha utilizado en la medida de viscosidades absolutas y relativas en líquidos puros y biológicos, en sus mezclas y, especialmente, en fluidos newtonianos. Se basa en la ley de Poisseuille que permite conocer la velocidad de flujo de un líquido a través de un tubo, en función de la diferencia de presiones bajo las que se establece el desplazamiento. El viscosímetro de Ostwald es de vidrio. Posee un ensanchamiento en forma de ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación complementaria. Se toma el tiempo q tarda en descender el líquido entre los dos aforos. Método viscosímetro de cannon El procedimiento es similar al que realizamos con el viscosímetro de ostwald de igual forma Se basa en la ley de Poisseuille que permite conocer la velocidad de flujo de un líquido a través de un tubo, en función de la diferencia de presiones bajo las que se establece el desplazamiento. la diferencia está en que debemos tomar el tiempo q demora en descender el fluido por los dos bulbos aforados, este viscosímetro es muy útil para trabajar con fluidos medianamente densos. Método viscosímetro de saybolt El viscosímetro Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo está un orificio de dimensiones específicas. El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante.

Cuando la muestra en el tubo alcanza la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para que 60ml del líquido pasen a través del orificio. La muestra se recoge en un frasco estándar calibrado. La unidad de medida es el tiempo en segundos requeridos para que 60 ml de un fluido fluyan a través del orificio a una temperatura dada. Esto es reportado como segundos Saybolt universal (sus). 8.3 ¿Para que se hacen medidas de viscosidad? La medida de la viscosidad puede que parezca en un principio un parámetro de poca importancia en la fabricación de fluidos como aceite, pintura, productos lácteos, bebidas, tintes, pastas, cremas… etc., realmente es importante saber que a partir de la viscosidad, podemos conocer el comportamiento de un producto en su proceso de fabricación, lo cual es importante en la industria para el control del proceso y por tanto decisivo para conseguir la mejor calidad del producto. El conocimiento de la viscosidad nos permite detectar de la manera mas conveniente cambios en el producto como el color, densidad, estabilidad, contenido de sólidos y peso molecular. En definitiva, la viscosidad es un parámetro de control de vital importancia en la búsqueda de la mejor calidad en los productos. 6.4 ¿Cuál es la importancia de la viscosidad de los fluidos en la industria petrolera? La viscosidad de los crudos en el yacimiento puede tener 0,2 hasta más de 1.000 centipoise. La viscosidad es una de las características más importantes de los hidrocarburos en los aspectos operacionales de producción, transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad, se obtiene por varios métodos y se le designa por varios valores de medición. Es muy importante el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especialmente concerniente a crudos pesados y extrapesados. 6.5 De que factores depende la viscosidad. Efecto de la temperatura sobre la viscosidad: el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un líquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; en el caso de los gases la viscosidad aumenta con la temperatura, mientras que en caso de los líquidos, esta disminuye invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Al aumentar la temperatura del crudo se disminuye su viscosidad debido al incremento de la velocidad de las moléculas y, por ende, tanto la disminución de su fuerza de cohesión como también la disminución de la resistencia molecular interna al desplazamiento. Efecto de la presión sobre la viscosidad: el efecto de la presión mecánica aumenta la viscosidad. Si el incremento de presión se efectúa por medios mecánicos, sin adición de gas, el aumento de presión resulta en un aumento de la viscosidad. Este comportamiento obedece a que está disminuyendo la distancia entre moléculas y, en consecuencia, se está aumentando la resistencia de las moléculas a desplazarse. Efecto de la densidad sobre la viscosidad: Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo esta relacionado con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su densidad es menor. Mientras más denso sea el fluido, mayor será su viscosidad. Efecto de la solubilidad del gas sobre la viscosidad: La adición de gas en solución a un crudo a temperatura constante reduce su viscosidad y esto se produce porque las moléculas relativamente

pequeñas de los componentes del gas pasan a formar parte de la configuración molecular y aumenta la separación intermolecular entre las moléculas complejas de la fase liquida, lo cual reduce la resistencia al movimiento. 8. CONCLUSIONES  La viscosidad es una propiedad física perfectamente medible y cuantificable de todos los fluidos. Es de suma importancia ya que asi se puede determinar las funciones y calidad de un fluido.  Nos familiarizamos con el uso del viscosímetro de ostwald, valoramos su importancia en la medición de viscosidades relativas.  La temperatura y la presión influye de manera diferente en la viscosidad de los líquidos y en la de los sólidos, debido a que en los líquidos esta está determinada por la fuerza de cohesión entre las moléculas, mientras que en los gasees, esta se debe en su mayor parte a la cantidad de movimiento entre las moléculas.  el viscosímetro de oswald es muy útil para trabajar con fluidos menos densos, el viscosímetro de cannon con fluidos más o menos densos y el viscosímetro de saybolt para fluidos muy densos. 9. RECOMENDACIONES  verificar q los metriales especialmente los viscosímetros se encuentren completamente limpios y en buen estado.  Tener la mayor precisión posible al momento de tomar la medida de tiempo con la q desciende el fluido de prueba en el viscosímetro 10. BIBLIOGRAFIA  http://html.rincondelvago.com/viscosimetro-saybolt.html  http://html.rincondelvago.com/viscosidad-de-un-liquido-o-fluido_2.html  http://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/docencia/basesFQ/Pract/cuatroycinco.pdf  http://ingenieria-de-petroleo.lacomunidadpetrolera.com/2009/01/viscosidad-del-petrleo.html  http://www.monografias.com/trabajos13/visco/visco.shtml  http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r5018.PDF  http://html.rincondelvago.com/metodos-para-determinar-la-viscosidad.html  http://www.cookbooklaboratory.com/?p=2198