Informe De Viscosimetro De Brookfield

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

INFORME Nº 02 “DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD MÉTODO DEL VISCOSÍMETRO ROTACIONAL BROOKFIELD”

CÁTEDRA CATEDRÁTICO ALUMNOS

:

FENOMENOS DE TRANSPORTE

:

Ing. VILCA MORENO, Orlando :       

SEMESTRE

:

ALANYA MEDINA, Saúl ALFARO ASTOHUAMAN, Michael Ángel ALIAGA HUAYNALAYA, Nohely Jenny BULLÓN SALAS, Kemyoel Miguel FABIAN SANABRIA, Brenda Tatiana MONGE CARBAJAL, Ronald Santiago ÑAHUI BOZA, Cristina V HUANCAYO – PERÚ 2006

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD MÉTODO DEL VISCOSÍMETRO ROTACIONAL BROOKFIELD

I.- OBJETIVOS

1.1.- OBJETIVOS GENERAL: - Comprender

el

viscosidad,

proceso teniendo

de

medición

en

cuenta

Brookfield los

de

la

errores

e

incertidumbres de un experimentador. 1.2.- OBJETIVO ESPECÍFICO: - Determinar la viscosidad de líquidos. - Caracterizar un fluido a través del gráfico. - Determinar k y n de sustancias.

II.- INTRODUCCIÓN: Calcular actualidad

se

la

viscosidad

ha

hecho

mas

de

un

sencillo

líquido ya

que

en

la

existen

muchos viscosímetros tal es el caso del viscosímetro de Ostward (que fue visto en el anterior experimento) y

como

es

el

caso

del

viscosímetro

rotacional

de

Brookfield que mide el torque necesario para compensar la resistencia al movimiento; uno de los objetivos de la practica es justamente comprender el proceso de medición Brookfield de la viscosidad y para esto se hace mención de

ciertas

definiciones

básicas

y

necesaria

para

desarrollar esta práctica. Este trabajo presenta además una clara y sencilla interpretación de un conjunto de datos obtenido en el laboratorio

que

con

ayuda

de

las

teorías

dadas

y

cálculos matemáticos apropiados se pudo determinar lo requerido en para esta práctica.

Los alumnos.

III.- RESUMEN: La fluido

resistencia es

interna

denominada

a

fluir

viscosidad;

en

que

presenta

nuestro

caso

un la

leche y el aceite de carro, uno de ellos newtoniano y el otro no newtoniano respectivamente.

Para

determinar

la

viscosidad

de

la

leche

se

determina por el método del viscosímetro rotacional de Brookfield, tuvimos que aprender algunos pasos para su respectiva utilización. El

viscosímetro

digital

Brookfield

tiene

su

principio de operación en la rotación de un eje el cual está sumergido en el fluido de prueba por medio de un resorte calibrado. El arrastre viscoso del fluido contra el eje es medido por desviación del resorte. Esa

desviación

es

medida

con

un

transductor

rotatorio el cual provee una señal de corte. Su rango se da en centipoises (Cp o mPa-s), es determinado por la velocidad rotacional del eje y su tamaño (spingle), el recipiente en el cual el eje está rotando, y el torque de la escala completa del resorte calibrado. Dando una viscosidad de fluido en RPM.

IV.- MARCO TEORICO:

VISCOSIDAD La viscosidad es la oposición que muestra un fluido a las deformaciones tangenciales. Es una medida de la

resistencia interior

del

de

un

fluido

a

conducto.

derramarse En

o

general,

fluir se

por

definen

el dos

tipos de viscosidad. FLUIDO: Es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación

o

esfuerzo

cortante

sin

importar

la

magnitud de esta. También se puede definir un fluido como aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. COHESIÓN INTERMOLECULAR: Es

la

fuerza

que

ejercen

las

moléculas

de

una

sustancia para mantenerse unidas. La magnitud varía de manera descendiente de sólido a líquido a gaseoso. LA VISCOSIDAD DINÁMICA Se define como:

Donde movimiento) y

es

la

tensión

tangencial

(se

opone

al

es la dirección normal al movimiento.

La unidad fundamental en el sistema c.g.s. es al poise, definido como

En la práctica, se utiliza en centipoise, que es la centésima parte de un poise. Unidades en el SI: [µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s-1]; otras unidades: 1 Poise (P) = 10-1 Pa·s = [10-1 kg·s-1·m-1]

LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA: Se define como:

Donde

es la densidad del fluido.

La unidad fundamental es el stoke

Aunque en la practica se utiliza el centistoke (CST). Unidades en el SI: [m2.s-1] Imaginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial, por ejemplo, una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa; en este caso, el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se

deforma

(b),

tanto

más

cuanto

menor

sea

su

resistencia. Si imaginamos que la goma de borrar está

formada

por

resultado

delgadas

de

la

capas

deformación

unas es

sobre el

otras,

el

desplazamiento

relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

Deformación tangencial.

de

un

sólido

por

la

aplicación

de

una

fuerza

En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña

magnitud

peculiares

la

que

le

características;

confiere así,

por

al

fluido

sus

ejemplo,

si

arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la

pequeña

resistencia

tangencial,

mientras

que

las

capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara. 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

perpendicular

mismo

a

la

permanece

única

plana,

fuerza

que

es

actúa

decir, en

ese

momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna. La

viscosidad

es

características

de

todos

los

fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable Viscosímetro Rotacional Brookfield: El

viscosímetro

Brookfield

fue

disonado

como

un

instrumento económico para uso fácil y de estimaciones reproducibles de viscosidad bajo ciertas condiciones de operación. Como muchos otros que usan instrumentos reológicos los

cuales

emplean

viscosímetro

visco

Brookfield

simetría impone

rotacional

una

el

deformación

resultante. Un diseño alternativo es el imponer una conocida o controlada

deformación

y

grabar

el

esfuerzo

a

dicha

deformación resultante a la velocidad de deformación. El Viscosímetro Brookfield es de ejes simple, es más

comercial,

alimentaría.

ampliamente

Normalmente

utilizada opera

a

en ocho

la

industria

velocidades

diferentes, y es cuestión de ensayar cuáles son el eje y la

velocidad

particular.

angular

adecuados

para

un

fluido

El Viscosímetro Brookfield es el más barato de los viscosímetros

rotacionales

disponibles

y

fáciles

de

usar. Existen accesorios adicionales para el manejo de volúmenes

pequeños,

viscosidad,

para

para

medir

medir

pastas

y

fluidos

de

suspensiones

y

baja para

mover el eje lentamente bien hacia arriba o hacia abajo del fluido de modo que siempre esté rodando el fluido fresco. Midiendo el gradiente de velocidad (dv/dy) y la tensión de cortadura (T) en la Ley de Newton de la viscosidad:

T = U (dv/dy) Se

puede

calcular

la

viscosidad

absoluta

o

dinámica. Relacionando el esfuerzo de corte, el momento, la velocidad

angular

y

los

radios

respectivos

(para

un

viscosímetro concéntrico) se llega a una expresión que rige para fluidos newtonianos:

Donde: U: Viscosidad Absoluta MO: Momento W: Velocidad Angular H: Altura del cilindro que gira R1: Radio del cilindro

R2: Radio del cilindro externo Descripción del viscosímetro rotacional Brookfield: Viscosímetro totalmente

rotacional

controlado

de

por

cilindros

coaxiales,

ordenador,

para

la

determinación de la viscosidad de sustancias en estado líquido. El principio de medida se basa en aplicar una velocidad de giro constante y medir la resistencia (par de torsión) que ofrece la muestra al giro del rotor. Se dispone además de un horno eléctrico cerámico controlado por un programador de temperaturas para la medida de la viscosidad

a

varias

temperaturas,

varios

juegos

de

rotores y programas específicos en entorno Windows para la ejecución del ensayo y el tratamiento de los datos según diversos modelos reológicos. Características técnicas 

Modelo: Brookfield DV-III HB con horno Thermosel y programador de temperatura.



Rango de velocidades: 0,1 a 250 RPM



Rango de viscosidades: 160 a 80.000.000 mPa.s



Rango de temperaturas: 25 a 300 ºC

Aplicaciones Determinación de las propiedades de los ligantes bituminosos para

obtener

en

estado

los

líquido

diagramas

de

(a

altas

temperaturas)

Viscosidad-Temperatura.

Con ellos se deduce la facilidad de manejo del ligante, las

temperaturas

de

fabricación

de

las

mezclas

bituminosas

y

de

compactación

así

como

la

susceptibilidad térmica a alta temperatura. Una aplicación más específica es la determinación de la viscosidad a 135 ºC de acuerdo con la norma ASTM D 4402, valor exigido en las recientes especificaciones SHRP norteamericanas

V.- PARTE EXPERIMENTAL: MATERIALES:  Un vaso de precipitación  Viscosímetro de Brookfield.

REACTIVOS:  Leche  Aceite de carro

PROCEDIMIENTO: El

siguiente

preparar

una

precipitado

experimento

medición

de

(aproximadamente

es

un

bosquejo

viscosidad de

600ml.

en de

para

un 9

vaso

cm.

de

diámetro). 1. Coloque el guardar rotor en el viscosímetro DV – E. Este seguro que el

motor esté apagado (OFF) antes

de colocar el rotor. Seleccione el rotor y coloque en

el

eje

lentamente,

del

instrumento.

manténgalo

Levante

firmemente

con

el la

eje mano

mientras atornillas el rotor con la otra (notar el hilo a la mano izquierda). Evitar ponerlo empujando este lado en el eje. 2. Insertar

y

centrar

el

rotor

en

el

material

de

prueba hasta que el nivel del fluido se sumerja hasta la ranura del eje del rotor. Con un rotor tipo disco, alguna veces es necesario inclinar el rotor

levemente,

mientras

sumergimos

evitar

burbujas de aire en su superficie. (Usted puede encontrar la más conveniente inmersión de rotor en esta manera antes de fijarlo en su viscosímetro).

3. Para

preparar

seleccione

una

una

medición

velocidad

de

viscosidad,

y

seguir

las

instrucciones. Permita un periodo de tiempo para que

la

lectura

indicada

sea

estable.

El

tiempo

requerido para la estabilización dependerá de al velocidad

a

la

características exactitud

cual

del

máxima,

está

fluido

lecturas

de

corriendo la

menos

y

las

muestra.

Para

de

10%

deberán

evitarse. 4. Cambie el interruptor del motor (MOTOR ON/OFF) a la posición

“OFF” cuando desee cambiar un rotor o

muestras. Remueva el eje antes de limpiarlo. 5. Trabajar por lo menos cuatro velocidades diferentes y anotar la viscosidad leída para hallar el gráfico respectivo.

VI.- CALCULOS: PARA LA LECHE: Medidas

de

la

viscosidad

viscosímetro de Brookfield.

de

la

leche

usando

el

EJE 1

RPM 20 30 50 60 100

(S61)

%(TORQUE ) 2.5 11.6 19.2 22.8 40.3

VISCOSIDAD 35 23.68 23 22.9 23.88

1. Determinar m : dVx : dy

2. Hallando

 Factor para eje 1(S61) = 0.220 dVx

  dy

=

factor

*

RPM.

 Por lo tanto: FACTOR

0,220

RPM 20 30 50 60 100

dVx dy

0.073 0.11 0.183 0.220 0.37



dVx 

 3. Como:   m   dy  



dVx dy

-0.073 -0.11 -0.183 -0.220

m ( cP) 35 23.68 23 22.9

 (dina cm 2 ) -2.555 -2.6048 -4.209 -5.038

-0.37 

23.88

hallando valor absoluto: 

dVx dy

 ( dinacm 2 )

0.073 0.11 0.183 0.220 0.37



-8.8356

2.555 2.6048 4.209 5.038 8.8356

La viscosidad aparente = 22.026cp log   log K  n log( ) y



 a

 b

x

La viscosidad experimental es = 2.7358 cp

PARA EL ACEITE DE MOTOR 1. PRIMERA PRUEBA: Esta prueba se realiza con el rotor S63 que tiene como factor Para

hallar

(-dVy/dx)

0.210 aplicamos

las

revoluciones

minuto con respecto al factor del rotor S63:

por



Para 20 rpm -dVy/dx = 20 * 0.210 =0.07



Para 30 Rpm: -dVy/dx =30 * 0.210 = 0.105



Para 50 Rpm: -dVy/dx = 50 * 0.210 = 0.175



Para 60 Rpm: -dVy/dx = 60 * 0.210 = 0.210



Para 100 Rpm: -dVy/dx = 100 * 0.210 = 0.35

eje

S63



Rpm 20 30 50 60 100

(-dVy/dx) 0.07 0.105 0. 175 0.21 0.35

Aplicando la ecuación: xy = - m



% 7.1 10.8 18.4 22.1 36.3

Para 20 rpm:

dv y dx

Viscosidad(cp) 426 432 442 444 436

T xy = -426 *0.07= - 29.82 

Para 30 rpm: T xy= -432 *0.105 = -45.35



Para 50 rpm: T xy = -442 *0.175 = -77.35



Para 60 rpm: T xy = -444 *0.210 = -93.24



Para 100 rpm: Txy = -426 *0.35 = -149.1

Graficando el Txy vs dVy/dx: Txy -29.82 -45.35 -77.35 -93.24 -149.1

(-dVy/dx) -0.07 -0.105 -0. 175 -0.21 -0.35

Sacando valor absoluto: /Txy/ 29.82 45.35 77.35 93.24 149.1

/-dVy/dx/ 0.07 0.105 0. 175 0.21 0.35

Txy vs dVy/dx 160

y = 426.81x + 1.2926

140 120 Txy

100 80 60 40 20 0 0

0.1

0.2

0.3

dVy/dx



Viscosidad aparente

= 426.81

log   log K  n log( ) y



a

 b

Y = 1.2926 + 426.81 X

x

, K = 19.62

0.4

VII.- CONCLUSIONES: Al

término

de

la

práctica

se

obtuvieron

siguientes resultados: o La viscosidad del fluido es:

426.81

o El valor de k =19.62 De lo determinado anteriormente podemos concluir diciendo que se alcanzaron los objetivos trazados.

los

VII.- BIBLIOGRAFÍA:  Bird. Fenómenos de Transporte. Editorial Reverte. 3º Edición. Impreso en España 1982, Págs. 10-18.  Manual del Ingeniero Químico. Perry John. Editorial Uteha. Editorial MacGraw - Hill. Impreso en

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1974.  Ray

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Fenómenos

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Transporte,

curso

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Continuo. Pág. 180.

Elementos

México:

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1968.

 Bennett C.D. Myers. Transferencia de cantidad de movimiento

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