Viscosimetro De Ostwald

OBJETIVO:

Medir la viscosidad de distintos sistemas fluidos complejos, como los formados por suspensiones de partículas sólidas en agua o las disoluciones poliméricas, utilizando un viscosímetro rotacional.

MATERIAL:

• Viscosímetro rotacional

• Juego de husillos

• Recipientes de diámetro apropiado (vasos de precipitado forma baja de 600 ml)

• Suspensiones de partículas (pintura al agua, aceite de motor, grasa de cerdo, miel)

FUNDAMENTO TEORICO:

La viscosidad

A diferencia de los sólidos, en los materiales líquidos y gaseosos las moléculas se desplazan unas respecto de otras, de modo que el fluido cambia fácilmente de forma cuando se ve sometido a esfuerzos externos. Por ejemplo, el agua adopta la forma interior de un vaso debido a la fuerza de la gravedad.

No obstante, cuando se le aplica un esfuerzo a un fluido las fuerzas de interacción entre las moléculas hacen que aparezca cierta resistencia al movimiento o fricción interna que se denomina viscosidad. Visto desde el otro lado, se requerirá cierto esfuerzo mínimo para iniciar y mantener un fluido en movimiento. La reología es la ciencia que se encarga de estudiar las propiedades viscosas de los fluidos.

La forma más simple de ver el efecto de la viscosidad es aplicándole un esfuerzo a un líquido colocándolo entre dos placas paralelas y desplazando una placa con respecto de la otra a velocidad constante (v), como se muestra en el siguiente dibujo. Como consecuencia de la viscosidad, se crea un perfil de velocidades (con unidades de sdv/dyγ=&-1) en el fluido, ya que las moléculas junto a la placa móvil (arriba) tenderán a desplazarse con la velocidad de esta placa y el líquido junto a la placa fija (abajo) tenderá a estarse quieto.

La reología nos dice que el esfuerzo cortante (τ = F/A, la fuerza por unidad de área (Pa)) es proporcional al perfil de velocidades que se genera en el fluido

La unidad del coeficiente de viscosidad en el sistema internacional es Pa-s. El Poise (P) es la unidad de la viscosidad en el sistema cegesimal (dina-s/cm2). Sin embargo, la unidad más utilizadas en las tablas es mPa-s, que equivale a un centipoise (1 mPa-s = 1 cP).

Los fluidos que se comportan reológicamente como indica la ecuación 1 se denominan Newtonianos. En los fluidos Newtonianos el esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de velocidad, o lo que es lo mismo, la viscosidad es una constante que no depende de la velocidad con la que una placa se mueva respecto de la otra. El agua y otros líquidos formados por moléculas pequeñas son fluidos Newtonianos a temperatura y presión atmosféricas.

Ya que la temperatura modifica las fuerzas de interacción entre las moléculas, la viscosidad varía con la temperatura. Normalmente, a mayor temperatura menor viscosidad.

El viscosímetro rotacional

Los equipos que se utilizan para determinar la viscosidad son los viscosímetros y reómetros, y los hay de varios tipos. Cada equipo puede trabajar en un rango concreto de viscosidades. No es lo mismo medir la viscosidad de un líquido poco viscoso como el agua que la de un fluido complejo muy viscoso como el alquitrán.

Para la realización de esta práctica disponemos de un viscosímetro rotacional PLUS H . Este equipo puede medir valores de viscosidad entre 50 y 13,3 106 mPa-s.

Para ello utiliza el principio de rotación de un disco o un cilindro (denominados husillos) sumergidos en el fluido cuya viscosidad se quiere determinar. El husillo giratorio se acopla con un muelle al eje de un rotor que gira a velocidad conocida y se mide la fuerza de torsión generada. El control electrónico del equipo realiza los cálculos pertinentes para dar los valores de viscosidad.

La viscosidad de un fluido, esto es la resistencia que opone el líquido al avance del movimiento del husillo, crece proporcionalmente a la velocidad de rotación del husillo y al tamaño del mismo. Por tanto, discos grandes a bajas velocidades van a ser apropiados para sistemas muy viscosos, y discos pequeños a velocidades altas se utilizan para medir las viscosidades más bajas.

El equipo disponible tiene un juego de husillos (R2, R3, R4, R5, R6 y R7) y un rango de velocidades (entre 0,3 y 100 rpm), con lo que estamos limitados a medir viscosidades entre 400 y 13,3 106 mPa-s. Por tanto, con este equipo no podremos medir la viscosidad del agua a temperatura ambiente (~ 1.0 mPa-s).

La sensibilidad del equipo depende del husillo que se utilice, variando entre 1 a 100 mPa-s. En la tabla de husillos se pueden ver los valores correspondientes a cada husillo.

PROCEDIMIENTO:

Selección del husillo

Para seleccionar un husillo que sea adecuado para todo el rango de velocidades donde se va a medir se procede del siguiente modo:

- Colocamos el vaso con el sistema homogeneizado debajo de la cabeza del viscosímetro. Introducimos el husillo en el líquido de modo que el disco entre de forma oblicua para evitar que atrape burbujas de aire. Una vez mojado en el fluido, enroscamos en el eje del viscosímetro con cuidado de no forzarlo.

- Bajamos la cabeza del viscosímetro girando el tornillo en el lado posterior izquierdo sumergiendo el husillo hasta la señal que tiene en el eje.

- Encendemos el viscosímetro pulsando el interruptor en la parte posterior izquierda de la cabeza.

El controlador del viscosímetro tiene 6 botones:

ON es para el que eje comience a rotar

QUIT para que se pare

ENTER para validar los valores introducidos

Δ y ∇ para subir y bajar los valores de los parámetros

TAB para pasar de un campo a otro del display.

- En la pantalla, seleccionamos MEASUREMENT y pulsa ENTER. Utilizando las teclas de subida y bajada, colocamos en SP el número del husillo que está puesto en el viscosímetro y pulsa ENTER. Pulsa TAB y coloca la velocidad más baja (10 rpm) en el campo RPM y pulsa ENTER.

- Una vez introducidos los parámetros, pulsamos ON y el viscosímetro comenzará a funcionar.

- El viscosímetro proporciona sucesivos valores de la viscosidad del sistema en mPa-s, y debajo indicará el porcentaje del fondo de escala, que debe estar entre el 15 y el 20%. No es recomendable trabajar con valores de viscosidad inferiores al 15% del fondo de la escala seleccionada. Cuando el viscosímetro está midiendo en estas condiciones poco apropiadas avisa con un sonido repetitivo.

Con el viscosímetro en marcha,

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