La viscosidad

Objetivo:

-Aprender y entender el concepto de viscosidad, las diferentes unidades en que se trabaja y convertir entre ellas.

-Usar el viscosímetro Saybolt, Brookfield y Stormer.

Introducción:

La viscosidad es el factor de proporcionalidad entre la densidad de flujo de cantidad de movimiento y el gradiente de velocidad, y viene expresado según la Ley de Newton, de la siguiente manera:

τ_yx=-d_vx/d_y ∙μ

Viscosidad

Es la medida de la fricción interna de un líquido, que produce una resistencia al flujo, a través de un tubo, válvula, etc.

Es la propiedad del fluido en virtud de la cual, éste ofrece resistencia a los esfuerzos cortantes.

Viscosidad absoluta

Es la fuerza por unidad de área, necesaria para mantener una unidad de velocidad gradiente. Se representa por (µ) y en cgs sus unidades son gr/(cm∙seg)=poise

Viscosidad cinemática

Es el cociente de la viscosidad absoluta y la densidad del fluido. Su unidad más común es:

〖cm〗^2/seg=1 stoke

Ecuación (1)

v(〖cm〗^2/seg)=(μ poises)/(ρ gr/〖cm〗^3 )

v(〖cm〗^2/seg)=(gr/(cm ∙seg))/(gr/〖cm〗^3 )=(gr∙〖cm〗^3)/(gr∙cm∙seg)=〖cm〗^2/seg

1 centistoke=1/100 stoke

Otras unidades de viscosidad son el pascal-segundo (Pa-s)=10 poises=100 poises y los SSU (segundos Saybolt Universal).

μ depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar esta.

v varia en un intervalo menos amplio que μ.

La viscosidad es prácticamente independiente de la presión.

Para pasar de poises a Stokes se une la densidad.

Si μ=0.05 poises

ρ=0.85gr/〖cm〗^3

v=0.05/0.85=0.0589 stokes.

La relación que liga aproximadamente a la viscosidad cinemática es Stokes con las SSU es:

v=Stokes

t=segundos (SSU)

v=0.0022t-180/t Ecuación (2)

Aquellos fluidos cuya viscosidad es independiente de la densidad de flujo de cantidad de movimiento, es decir, que si se gráfica el gradiente de velocidad contra la densidad de flujo, y se obtiene una recta que para por el origen de coordenadas, se llaman FLUIDOS NEWTONIANOS; los que no se comportan de esta manera, se denominan: fluidos no newtonianos.

Determinación de viscosidades

Los equipos con que se determina la viscosidad de un fluido se denominan viscosímetros y se pueden dividir en dos categorías:

Viscosímetros para obtener viscosidades absolutas

Viscosímetros para obtener viscosidades cinemáticas

Los primeros se basan en la resistencia que ofrece el fluido al movimiento cuando una superficie sólida se mueve en su seno. Como ejemplo de estos viscosímetros tenemos los de caída de la esfera, de Codatte – Ratsahek, de plato y cono, de Stormer, etc.

Los viscosímetros que determinan las viscosidades cinemáticas se basan en el tiempo que requiere un determinado volumen de fluido en pasar libremente a través de un orificio normalizado, por ejemplo, los viscosímetros de Saybolt, SayboltFurol, Engler, etc.

Viscosímetro Saybolt

(Determina viscosidad cinemática)

Uno de los dispositivos existentes para hallar viscosidad es el viscosímetro Saybolt, en el cual la muestra a analizar se introduce en un cilindro con un orificio en su parte inferior (de 1/8 ”o 1/16 ”). El fluido se deja escurrir a través del orificio y se mide el tiempo. Para las sustancias poco viscosas se usa el orificio de 1/16” y el tiempo es denominado Segundos Saybolt Universal (SSU), mientras que para los fluidos más viscosos se utiliza el orificio 1/8” y el tiempo cuantificado es llamado Segundos SayboltFurol (SSF). Para transformar estos SSF a las unidades convencionales de viscosidad cinemática, se puede usar:

ν=SSF/(0.4717)

-Se utiliza un corto tubo capilar midiendo el tiempo que tardará en fluir 60 cm3 de fluido a través del tubo bajo una cierta altura. El tiempo en segundos es la viscosidad en SSU (segundos Universal Saybolt)

-Rango de mayor confiabilidad: de 32 a 900 seg.

Material

Viscosímetro de Saybolt, Brookfield y Stormer.

Líquido a examinar (aceite SEA 10, 30, etc)

Termómetro

Hexano para limpieza

Pañuelos desechables

Agua

Copa de 50 cm3 aforada

Cronómetro

Desarrollo

Limpie el equipo totalmente con un solvente adecuado y déjelo secar, o séquelo con una corriente de aire. Revise que el orificio de salida esté libre de obstrucciones. Tape el orificio con el corcho.

Ponga agua en baño maría del aparato, cuidadosamente tape, e instale el termómetro en su lugar.

Llene con el líquido a examinar el conducto interior hasta superar el nivel del rebosadero, (recupere el líquido con una pipeta) y espere a alcanzar la temperatura a la cual se quiere determinar la viscosidad.

Si la temperatura del líquido es muy diferente, se puede precalentar en baño maría por separado y luego trasladar al viscosímetro. Mantenga la temperatura al menos un minuto siempre agitando.

Coloque el recipiente aforado abajo del viscosímetro, saque el corcho y dispare el cronómetro al mismo tiempo, detenga cuando el líquido llegue al aforo.

Se repite la medición por lo menos otra vez a la misma temperatura, se toma el tiempo medio.

Se deberán realizar mediciones a temperaturas diferentes, determinando para cada temperatura la densidad del fluido con el objeto de obtener la viscosidad absoluta en (centipoise) usando ecuación 2 y 1.

Determine la constante del viscosímetro, la viscosidad cinematica e liquido en (cst) se determina experimentalmente usando la siguiente ecuación:

v=Ct

El valor de la constante se determina mediante el uso de líquidos de viscosidad conocida (estándares) o mediante el uso de tablas apropiadas.

Diagrama interno del viscosímetro Saybolt

Agitador

Resistencia

Contenedor de líquido a examinar

Termómetro

Recipiente aforado

Reporte de la práctica del viscosímetro Saybolt

Tabla de Datos

Prueba 1 Prueba 2

Temperatura 37.8° 54°

Tiempo 1285.8 s 550.8 s

Densidad 0.8966 g/cm3 0.8833 g/cm3

W copa 49.1 gr. 46.2 gr.

W aceite + copa 102.9 gr. 99.2 gr.

Tabla de Resultados

Fluido: Aceite SAE-50

Determinación Temperatura Tiempo V(cst) ρ del fluido (g/cm3) μ (cp.)

1 37.8° 1285.8 s 282.73 0.8966 253.49

2 54° 550.8 s 120.84 0.8833 106.73

γ = 0.0022t-

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