Práctica No.1:

“Viscosidad”

Objetivo

Desarrollar la capacidad de manejo e identificación de los viscosímetros existentes en el

laboratorio de química y bioquímica, y estudiar el efecto de la temperatura sobre la

viscosidad de un fluido.

Marco Teórico

Viscosidad Dinámica o Absoluta: Es la propiedad física que caracteriza la resistencia al

flujo de los fluidos, se deriva como consecuencia del principio de Newton. En general la

viscosidad de los fluidos incompresibles disminuye al aumentar la temperatura, mientras

que en los gases sucede lo contrario.

Viscosidad Cinemática: Se define como la relación entre viscosidad dinámica y la densidad

de la masa.

Fluidos newtonianos y no newtonianos: Los fluidos newtonianos son aquellos cuya

viscosidad es constante, es decir, son aquellos cuyo esfuerzo cortante es directamente

proporcional al gradiente de velocidad; estos siguen la ley de Newton, en la que la

viscosidad solo depende de la temperatura, siendo independientes del tiempo. Los fluidos

no newtonianos, se comportan inversamente con la ecuación anterior.

Ley de Viscosidad de Newton: Establece que para ciertos fluidos el esfuerzo cortante sobre

una interfaz tangente a la dirección del flujo, es proporcional a la tasa de cambio de la

velocidad con respecto a la distancia, donde la diferenciación se toma en una dirección

normal a la interfaz.

Viscosímetro Stormer: Este consta de dos cilindros, uno fijo y

uno móvil con un medidor a forma de reloj que cuenta las

revoluciones generadas por un pequeño tambor giratorio, el cual

rota o gira dentro del cilindro móvil. Este mecanismo se genera a

partir de una pequeña pesa, la cual acciona un movimiento

giratorio del tambor en base a la gravedad. El tiempo que tarda en

dar 100 revoluciones, se relaciona con la viscosidad del fluido.

Para determinar la viscosidad dinámica de la muestra, se utiliza una ecuación en relación

con la masa utilizada. Esta ecuación corresponde al modelo (ajuste de curva) de las curvas

de calibración estándar para 100 revoluciones suministradas por el fabricante del

viscosímetro Stormer y las unidades de viscosidad vienen dadas en centipoises.

Viscosímetro Zahn: Se utiliza para comprobar y ajustar la viscosidad de

diversos tipos de fluidos. Cada taza tiene una manija de 12 pulgadas

enlazada para permitir que la taza sea sumergida manualmente dentro de

un envase que contenga líquido. En el centro de esta manija se encuentra

un anillo para sostener la taza en posición vertical durante la prueba. Los

parámetros para su óptimo funcionamiento son:

Viscosímetro Digital Brookfield: Su funcionamiento se basa en el principio de la

viscosimetría rotacional; mide la viscosidad

captando el par de torsión necesario para hacer

girar a velocidad constante un husillo inmerso en

la muestra de fluido a estudiar. El par de torsión

es proporcional a la resistencia viscosa sobre el

eje sumergido, y en consecuencia, a la viscosidad

del fluido. Este viscosímetro está compuesto por:

- Cuerpo del viscosímetro: está constituido

por un motor eléctrico y un dial de lectura.

- Vástagos intercambiables: También

llamados “husillos”, se enumeran del 1 al 7,

siendo 1 el más grueso. Tiene sobre su eje, una

señal que indica el nivel de inmersión del líquido.

- Soporte para permitir sostener el aparato y

desplazarlo en un plano vertical.

- Vasos de 90 a 92 mm de diámetro, y 116 a

160 mm de altura.

Materiales y Reactivos

Materiales para Viscosímetro Stormer:

Viscosímetro Stormer

Parrilla Eléctrica

Vaso de precipitado (500 ml)

Termómetro

Guantes

Reactivos Viscosímetro Stormer:

Glicerina

Materiales para Viscosímetro Zahn:

Viscosímetros Zahn

Vaso de precipitado (500 ml)

Termómetro

Reactivos Viscosímetro Zahn:

Aceite de Coco

Glicerina

Materiales para Viscosímetro Brookfield:

Viscosímetro Brookfield

Vaso de precipitado (1 Lt)

Vaso de precipitado (500 ml)

Termómetro

Parrilla

Guantes

Reactivos Viscosímetro Brookfield:

Glicerina

Procedimiento

Viscosímetro Stormer:

- Se pesó la pequeña pesa con la que cuenta, para comprobar que su masa era de 50

gramos.

- Se pone a calentar el reactivo.

- Se fija el cilindro que es fijo, de modo que al poner el cilindro móvil, las paredes de

este no rocen con las paredes del tambor giratorio.

- Se le agrega la sustancia al cilindro móvil y el termómetro.

- Con un cronómetro, se mide el tiempo que el tambor giratorio tarda en dar 100

revoluciones al remover el seguro para que la pesa caiga.

Viscosímetro Zahn:

- Se verifica que la taza del viscosímetro pueda contener el volumen especificado por

el fabricante.

- Se fija el viscosímetro, de manera que no se esté balanceando al momento de hacer

la prueba.

- Se vierte la sustancia a utilizar en un vaso de precipitado que pueda llenar

completamente la taza.

- Se toma la temperatura a la que se encuentra el reactivo.

- Con un cronometro se toma el tiempo desde que empieza a haber un flujo, es decir

al momento de separar el viscosímetro del vaso donde se encuentra la sustancia)

hasta el primer corte del flujo.

Viscosímetro Brookfield:

- Se fija la base y el viscosímetro, de manera que este bien nivelado.

- Se procede a calibrar el equipo sin el husillo:

Se enciende el equipo (power switch on), asegurándose que el motor se

encuentre apagado (motor switch off).

Se presiona la tecla SPDL y se escribe el código del husillo a utilizar, ya que

cada husillo tiene su propia clave, además este número es diferente según el

modelo que se esté utilizando (en este caso, se utilizaron los códigos que se

encuentran encerrados en rojo).

Una vez realizado el paso anterior, se presiona cualquier tecla de medición

(%, CPS o SS).

Se presiona la tecla “AUTO ZERO” para que la maquine se calibre al valor

cero. Se cambiara la medición a “%”, pero en cualquier momento se puede

presionar la tecla con el tipo de medición que se quiera obtener.

- Una vez calibrado, se coloca el husillo en el rotor con cuidado.

- En este caso se utilizó un vaso de precipitado en lugar del vaso metálico, por lo

tanto, se debe tener cuidado de que el husillo no pegue con el vaso de ppt.

- Se vierte la sustancia dentro del vaso de ppt. La sustancia debe cubrir hasta la marca

que tiene el husillo.

- Se enciende el motor para obtener la medición.

Cálculos y Resultados

Viscosímetro Stormer:

De la gráfica que se muestra se toman dos puntos, en este caso de la línea de 50 gramos

porque es el que se utilizó para las pruebas. A partir de estos puntos se elabora una

ecuación de la forma .

Donde:

-

-

Conversión de centipoise a pascal segundo:

Conversión de centipoise a

:

Temperatura

(°C)

Temperatura

(°F)

Tiempo

(seg.)

Viscosidad

(μ)

Viscosidad

(Pa*s)

Viscosidad

((lb*s)/ft^2 )

62 143.6 45.65 53.475 5.35E-02 1.12E-03

60 140 47.39 56.085 5.61E-02 1.17E-03

58 136.4 52.64 63.96 6.40E-02 1.34E-03

56 132.8 58.72 73.08 7.31E-02 1.53E-03

54 129.2 63.91 80.865 8.09E-02 1.69E-03

52 125.6 77.58 101.37 1.01E-01 2.12E-03

50 122 83.52 110.28 1.10E-01 2.30E-03

48 118.4 94.28 126.42 1.26E-01 2.64E-03

46 114.8 109.5 149.25 1.49E-01 3.12E-03

44 111.2 124.53 171.795 1.72E-01 3.59E-03

42 107.6 140.02 195.03 1.95E-01 4.08E-03

0.00E+00

5.00E-02

1.00E-01

1.50E-01

2.00E-01

2.50E-01

35 40 45 50 55 60 65

Viscosidad (Pa*s)

Al comparar la gráfica hecha a partir de los datos obtenidos en la práctica y la gráfica aquí

mostrada, se puede apreciar que las dos curvas tienen un comportamiento similar.

Viscosímetro Zahn:

FÓRMULAS DE CONVERSIÓN Y RANGOS PARA COPAS DE VISCOSIDAD (t=tiempo de flujo

en s ; v=viscosidad en cSt)

ASTM D4212 Zahn 1 v=1,1(t-29) [35-80 s / 5-60

cSt] ASTM D4212

Shell 2.5

v=0,925(t-3) [20-80 s / 20-

80 cSt]

ASTM D4212 Zahn 2 v=3,5(t-14) [20-80 s / 20-250

cSt] ASTM D4212

Shell 3

v=1,51(t-2) [20-80 s / 30-

120 cSt]

ASTM D4212 Zahn 3 v=11,7(t-7,5) [20-80 s / 100-

800 cSt] ASTM D4212

Shell 3.5

v=2,17(t-1,5) [20-80 s / 40-

170 cSt]

ASTM D4212 Zahn 4 v=14,8(t-5) [20-80 s / 200-

1200 cSt] ASTM D4212

Shell 4

v=3,45(t-1) [20-80 s / 70-

270 cSt]

ASTM D4212 Zahn 5 v=23t [20-80 s / 400-1800

cSt] ASTM D4212

Shell 5

v=6,5(t-1) [20-80 s / 125-

520 cSt]

1 Tabla de conversión y rangos para copas de viscosidad.

Ace

ite

de

coco

No.

De

copa

Viscosímetro Tiempo (seg.) Tiempo

promedio

1 Gardco 40 41.21 42.06 41.09

1 Gardco 43.93 44.48 49.75 46.05

1 General Electric 50.7 49.77 51.25 50.57

2 G.E. Manchado 25.51 25.41 25.48 25.47

2 General Electric 22.44 21.93 22.75 22.37

4 8.26 8.7 8.16 8.37

Para obtener el valor de viscosidad respecto al tiempo medido se utilizara la tabla de

conversión, donde el valor se dará en centistokes, después se realizara una conversión de

centistokes a centipoises ( ). Se encontró que la densidad relativa del aceite de

coco es de 0.927.

1 (TECNOLIBRO)

Ace

ite

de

coco

No. De

copa Viscosímetro Viscosidad (μ)

Viscosidad

en cps

Viscosidad

en Pa

1 Gardco 13.30 12328.17 12.33

1 Gardco 18.76 17389.28 17.39

1 General

Electric 23.73 21998.33 22.00

2 G.E.

Manchado 40.13 37203.60 37.20

2 General

Electric 29.31 27167.28 27.17

4

49.93 46280.78 46.28

Se realizara el mismo procedimiento con la glicerina (

).

Gli

ceri

na

No. De

copa Viscosímetro Tiempo (seg.) Tiempo promedio

4

26.64 25.73 26.185

2 General Electric 54.89 45.34 50.115

Gli

ceri

na

No. De

copa Viscosímetro Viscosidad (μ) Viscosidad en cps

Viscosidad

en Pa

4

313.54 394430.80 394.43

2 General

Electric 126.40 159014.35 159.01

Viscosímetro Digital Brookfield:

Gli

ceri

na

Husillo Temperatura Centipoises Viscosidad (μ) en Pa

1 28 378 0.378

1 51 96 0.096

2 48 112 0.112

Conclusión

Durante la práctica se aprendió a utilizar y calibrar los diferentes viscosímetros que hay en

el laboratorio, además de utilizar tablas y gráficas para obtener resultados. Al comparar los

resultados obtenidos durante la práctica estos parecen concordar, aunque pueden tener

ligeras variaciones según el viscosímetro utilizado.

Por ejemplo, al utilizar el viscosímetros Stormer, se pueden obtener ligeras variaciones, ya

que el cronómetro que se utiliza es controlado por una persona, por lo tanto puede tardar

más tiempo en parar el conteo. En el viscosímetro Zahn, las diferencias pueden ser dadas

por la forma en que se fija este viscosímetro, al notar las intermitencias o al parar el

cronómetro; por último se tiene el viscosímetro Brookfield, ya que este viscosímetro es

digital, estos errores podrían ser causados por una mala calibración o el husillo que se esté

utilizando.

Referencias

● http://www.medidorestwilight.com/Viscosimetros/pdf/Viscosimetros-Zahn.pdf

● http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3626/1/tema5RUA.pdf

● http://www.unet.edu.ve/~aostos/LinkedDocuments/Pr%E1ctica%20No.2%20_%20

Viscosidad%20Absoluta.pdf

● http://www.convertworld.com/es/viscosidad-dinamica/

● http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos/melweb08_Brookfield.htm

● http://tecnolibro.com/Unidades-Viscosidad.htm

● http://www.engineeringtoolbox.com/