Determinación de viscosidad absoluta con viscosímetros Stormer, Zahn y Brookfield:

¿Qué es la Viscosidad Absoluta?

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: 1 Pa-s = 10 P = 1000 cP. La

Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante resaltar que esta

propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

1. La viscosidad dinámica es conocida también como absoluta. Viscosidad es la resistencia interna

al flujo de un fluido, originado por el roce de las moléculas que se deslizan unas sobre otras.

Analiza esto: en un sólido, existe una estructura cristalina donde unas moléculas se enlazan de

forma rígida y su estructura no cambia; en cambio, en un fluido las moléculas no permanecen en el

mismo lugar dentro de la masa, sino que se mueven, pero a la ves tratan de mantenerse unidas: ese

esfuerzo por permanecer en un lugar fijo es la resistencia al flujo y determina la viscosidad. La

viscosidad dinámica se toma del tiempo que tarda en fluir un líquido a través de un tubo capilar a

una determinada temperatura y se mide en "poises" (gr/cm*seg). Es decir, es inherente a cada

líquido en particular pues depende de su masa.

2. La viscosidad cinemática representa esta característica desechando las fuerzas que generan el

movimiento. Es decir, basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido y se

obtiene una unidad simple de movimiento: cm2/seg (stoke), sin importar sus características propias

de densidad.

La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente

a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo.

¿Y cuál es la relación entre la viscosidad y la temperatura?

En un líquido, la viscosidad disminuye cuando aumenta la temperatura, pero en un gas, la

viscosidad aumenta cuando aumenta la temperatura… ¿a qué es debido esto?.

La resistencia de un fluido al corte depende de dos factores importantes:

* Las fuerzas de cohesión entre las moléculas

* La rapidez de transferencia de cantidad de movimiento molecular

Las moléculas de un líquido presentan fuerzas de cohesión de mayor magnitud que las que presenta

un gas. Dicha cohesión parece ser la causa más predominante de la viscosidad en líquidos. Cuando

aumenta la temperatura de un líquido, aumenta la energía cinética de sus moléculas y, por tanto, las

fuerzas de cohesión disminuyen en magnitud. Esto hace que disminuya la viscosidad.

Los viscosímetros definen las propiedades viscosas de un fluido a temperaturas ambiente o a

distintas temperaturas según sea el equipo; comúnmente en la forma de un tubo capilar calibrado, a

través del cual un líquido pasa a una temperatura controlada, en un tiempo específico.

La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la

relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el

nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra

griega \mu . 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: 1 Pa-s =

10 P = 1000 cP. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante

resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al

aumentar ésta.

VISCOSIMETRO STORMER

Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer (figura 1).

En este equipo se introduce la sustancia a analizar en el espacio comprendido entre un cilindro fijo

(externo) y uno móvil (rotor interno). El rotor es accionado a través de unas pesas y se mide el

tiempo necesario para que este rotor gire 100 veces. Mientras mayor es la viscosidad de la

sustancia, mayor es su resistencia a deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor

cumpla las 100 revoluciones. Puede demostrarse a través del análisis del fenómeno y de las

características constructivas del equipo que la Viscosidad Absoluta en cP es μ = 0,0262827∙m∙t,

donde m es la masa colocada en el cuelga-pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el

rotor de las 100 revoluciones.

1 Objetivos:

- Hallar la Viscosidad Absoluta de la glicerina a distintas temperaturas usando el Viscosímetro

Stormer.

- Observar la influencia de la temperatura en la Viscosidad Absoluta del aceite de coco.

2 Materiales:

- Viscosímetro stormer

- Vaso precipitado 250ml

- Termómetro

- 200ml glicerina

- Plancha

3 Procedimiento:

El primer paso consiste en la eliminación del roce que pueda existir entre el rotor y el cilindro fijo

del equipo. Para ello, desplace el cilindro fijo hacia el rotor hasta llegar al tope de la guía, fijándolo

en esta posición. Suelte el freno para dejar caer el peso y mueva el cilindro fijo hasta eliminar

cualquier sonido de roce. Una vez logrado esto, asegure el cilindro a través de los cuatro tornillos de

ajuste. Luego introduzca la muestra a analizar en el cilindro fijo hasta la altura de los topes internos.

Antes de introducir la muestra para realizar pruebas a distintas temperaturas, la glicerina se calentó

a baño maria hasta la temperatura de 62 grados una vez hecho esto se Suelta el freno y mida el

tiempo necesario para que el rotor de 100 revoluciones (señaladas en el tacómetro).

Resultados:

Ecuación regresión lineal obtenida apartir de la grafica entre los valores de 50 y 100 segundos es:

(1.35*T)-5

TEMP. TIEMPO

VISCOSIDAD

ABSOLUTA D.stormer D.grafica

62 45.65 56.63 0.57 0.0566 0.05393

60

47.39 58.98 0.59 0.0590 0.07958

58

52.64 66.06 0.66 0.0661 0.10523

56

58.72 74.27 0.74 0.0743 0.1308

54

63.91 81.28 0.81 0.0813 0.1565

52

77.58 99.73 1.00 0.0997 0.1821

50

83.52 107.75 1.08 0.1078 0.2078

48

94.28 122.28 1.22 0.1223 0.2335

46

109.5 142.83 1.43 0.1428 0.2391

44 124.53 163.12 1.63 0.1631 0.2847

Cp P Pa*seg

VISCOSIMETRO ZAHN

Las copas zahn son aplicadas para determinar la viscosidad de los modelos de fluidos newtonianos

y aproximadamente newtonianos

1 Objetivos:

- Determinar la viscosidad absoluta del aceite de coco y de la glicerina a temperatura ambiente y

compararla con la viscosidad real comprendida en la literatura

2 Materiales:

- Caja de viscosímetros zahn

- Vaso de precipitado 250ml

- Termómetro

- Aceite de coco 200ml

- Glicerina 200ml

Las copas zahn son aplicadas para determinar la viscosidad de los modelos de fluidos newtonianos

y aproximadamente newtonianos

3 Procedimiento:

-Seleccione la copa adecuada para controlar el flujo de tiempo entre 20 y 80 segundos. Los rangos

de viscosidad varían según la copa

-Sumergir la copa en en el contenedor de 1 a 5 min para alcanzar el equilibrio térmico en posición

vertical retire la copa de la materia prima suave y rápidamente

-Cuente el tiempo a partir del momento del que el fondo de la copa deje de estar en contacto con la

superficie del líquido. Mantenga la copa vertical todo el tiempo que el líquido este fluyendo y que la

distancia entre el la copa y la superficie del líquido se menor a 15 cm.

-Deje de contar cuando se observe el primer punto de quiebre. La cantidad de segundos de tiempo

de flujo será el valor numérico de la viscosidad.

copa No. 1 2 4

k 1.1 3.5 11.7

C 2.9 14 7.5

Viscocidad 50-60 20-250 200-1200

cinematica

temp 27 centigrados

Densidad aceite de coco 900 ECUACION -1.3*temp+84.16

ACEITE MARCA POMEDIO Vc Vd REAL

1.00 GARDCO 43.93 44.48 44.75 44.39 45.64 0.04563533 0.04888

1.00 G.E 50.70 49.77 51.25 50.57 52.44 0.05244067 0.04888

2.00 G.E MANCHADO 25.51 25.41 25.48 25.47 40.13 0.04013333 0.04888

2.00 G.E 22.44 21.93 22.75 22.37 29.31 0.02930667 0.04888

4.00 X 8.26 8.70 8.16 8.37 49.93 0.04992533 0.04888

cst Pa*seg Pa*seg

temp 27 centigrados

Densidad glicerina 1224 ECUACION -26.97*temp +1195.52

GLICERINA MARCA PROMEDIO Vc Vd REAL

2 G.E MANCHADO 54.89 45.34 50.115 126.4025 0.1264025 0.4672

4 X 26.64 25.73 26.185 313.538 0.313538 0.4672

Pa*seg Pa*seg

TIEMPO SEGUNDOS

TIEMPO SEGUNDOS

La temperatura de la muestra deberá ser de 25 centigrados +- .2 al momento de la prueba deacuerdo

con la siguiente formula, flujo inverso la viscosidad cinematica.

a) ( )

b) Donde: v es viscosidad cinematica en sct, t es tiempo de flujo y k c la constante

correspondiente de tabla

Resultados

VISCOSIMETRO BROOKFIELD

El funcionamiento del viscosímetro Brookfield se basa en el principio de la viscosimetria

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.

Los viscosímetros Brookfield son de fácil instalación y gran versatilidad y para su manejo

no se necesitan grandes conocimientos operativos.

1 Objetivos:

Determinar la viscosidad absoluta de la glicerina en 2 temperaturas con husillos 1 y 2

2 Materiales:

- Viscosímetro Brookfield

- Caja de husillos

- 500 ml de glicerina

- Un vaso de 500ml y uno de 1lt

- Plancha

- Termómetro

3 Procedimiento:

- Montar, nivelar y calibrar en centi poises viscosímetro Brookfield

- Colocar el número de husillo a elegir (1 o 2)

- Llenar el vaso de precipitado con glicerina y cerciorarnos de que el husillo al bajarlo y sumergirlo

en la glicerina esta llegue hasta la marca del husillo

- Empezar la prueba

4 Resultados:

5 Conclusión:

Los diferentes viscosímetros han probado ser muy eficientes con respecto a l literatura pero aun

así hubo algunas variaciones las cuales se puede especular algunos posibles fallos tanto en

procedimiento como humanos y de equipo.

En el experimento Zahn las posibles variaciones se pudieron deber principalmente al seguimiento

de los procesos dado que al momento de sumergir la copa zahn se recomendaba dejarla por 5 min

sumergida la copa para alcanzar el equilibrio térmico cosa que no se hizo, al igual de verificar que

la distancia entre la parte inferior de la copa y la línea de líquido fuera de 15 cm lo cual tampoco se

verifico pero aun asi los resultados con respecto al aceite de coco fueron muy satisfactorios.

Experimento Stormer y Brookfield

Los resultados experimentales fueron muy aproximaos a los de la literatura la posible causa de las

desviaciones en gran medida se pudieron deber de calibración de equipos así como de pureza de

las sustancias tanto del aceite de coco como de la glicerina también al desequilibrio térmico entre

husillo y glicerina es otra posible cause dado que no hubo un tiempo lo suficientemente grande

como para equilibrar las temperaturas.

husillo 1 temp Pa*seg diferencia

28 0.3765 0.7 0.3235

50 0.096 0.16 0.064

husillo 2 48 0.112 0.15 0.038

Real/met. grafico