ESPECIALIZACION EN HIGIENE

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INGENIERIA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE PROCESOS Y MATERIALES

PRCTICA N 5

1. TITULO: VISCOSIDAD, VISCOSMETRO TIPO ORIFICIO Y BROOKFIELD

2. OBJETIVOS

2.1. Familiarizar al estudiante con algunos de los instrumentos de medicin de viscosidad utilizados en la industria.

2.2. Aprender a manejar y calibrar algunos instrumentos usados para la medida de viscosidad en lquidos.

2.3. Aplicar el manejo de unidades de medida en los sistemas internacional, ingls y sexagesimal; diferenciar magnitudes fsicas y aprender a analizar las unidades de medida en las diferentes ecuaciones aplicadas.

3. SUSTENTACIN TERICA

3.1. Viscosidad.

La viscosidad de un fluido definida por Newton es la resistencia que ofrece el fluido al movimiento entre dos placas paralelas separadas por una distancia, una de ellas fija y la otra mvil que se mueve con una unidad de velocidad definida. La viscosidad es friccional y es debida a la transferencia de los momentos desde una capa de lquido en movimiento a la siguiente.

La viscosidad de un fluido puede verse afectada por:

Las variaciones internas de su composicin y estructura, determinadas por su origen y su proceso.

Las condiciones externas, tales como la temperatura y la presin que pueden influir sobre las fuerzas moleculares.

La temperatura es el factor que ms la afecta. As cuando la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye y el fluido presenta un mejor estado de fluidez. Por el contrario, si la temperatura disminuye, la viscosidad aumenta y el fluido se vuelve menos rpido.

La consistencia es el grado de deformacin que presentan los fluidos cuando se les somete a esfuerzo constante.

(=viscosidad

F= esfuerzo cortante

A= Area

V= Velocidad cortante

e= espesor capa del fluido

La viscosidad es la principal caracterstica de la mayora de los productos lubricantes. Si la viscosidad es demasiado baja el film lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal. Si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido. Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, adems de no llegar a lubricar rpidamente en el arranque en fro.

3.2 Viscosidad Absoluta o Dinmica.

Se define como la relacin entre la tensin o esfuerzo constante y el gradiente de velocidad con respecto a la distancia recorrida por el fluido, . Esta viscosidad se representa por

Las unidades de esta viscosidad son:

Sistema c.g.s: Poise (P) o centipoise (cP)

Sistema Internacional: Pa.seg

Sistema Ingles:

3.3 Viscosidad Cinemtica.Es el cociente entre la viscosidad dinmica o absoluta y la densidad absoluta o especifica del fluido. Esta viscosidad se representa por .

Sistema c.g.s. : Stoke (st) centistoke (cst)

Sistema Internacional:

Sistema Ingls :

3.4 Factores de Conversin1 Centipoise (1cP) = 10-2 Poise (10-2P)

1 Poise (1P) =

1 Pa.s = 103 cP

1 Poise (1p) = 0.0672

1 stoke (1 St) =

1 centistoke (1 cst) = 10-2 Stoke (10-2 St)

3.5 Viscosidad del agua

La viscosidad del agua a una temperatura de 200C, tiene un valor de:

1.002 cP = 0.001 Pa.s

3.6 Viscosmetros

En la industria se emplean los siguientes sistemas para la medida de la viscosidad:

El viscosmetro discontinuo se basa en medir el tiempo del paso de un volumen conocido por un orificio, el tiempo de cada de una bola metlica o de ascensin de una burbuja de aire o por la resistencia de un elemento estacionario en una taza rotatoria que gira a velocidad constante.

Entre los viscosmetros continuos que permiten el control de viscosidad se encuentran la cada de presin producida por un tubo capilar al paso de fluido que se bombea a un caudal constante, por torsin necesaria para hacer girar un elemento en el fluido, rotmetro con flotador sensible a la viscosidad y vibraciones o ultrasonidos.

3.6.1 Viscosmetro tipo orificio (Viscosmetro discontinuo).

Tambin conocido como viscosmetro copa Indianpolis. Consiste en medir los tiempo en segundos utilizados para hacer pasar un fluido patrn de densidad conocida (agua), con un fluido problema a travs de la copa.

Para este viscosmetro se utilizan otras unidades empricas de la viscosidad, que no se expresan en funcin de las unidades fundamentales, la unidad principal son los grados Engler (0E), muy utilizados en Alemania, Rusia, Espaa y otros pases.

Otras unidades empricas son los segundos Redwood, utilizados en Gran Bretaa y los segundos Saybolt, de uso frecuentemente en los Estados Unidos. Esta prctica la hacemos con referencia a los grados Engler.

0E es adimensional, se trata de una unidad emprica basada en un fenmeno (Vaciado de un depsito) que es funcin de la viscosidad.

Los 0E no pueden utilizarse directamente en una frmula fsica, sino que han de transformarse previamente en un sistema coherente de unidades, mediante una formula emprica como la propuesta por Ubbelohde:

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3 3.6.2 Viscosmetro Brookfield (viscosmetro continuo)

Determina un amplio rango de viscosidades (1 a 105 P) bajo una baja velocidad de corte (hasta 102 s-1). Se usa principalmente para determinar la viscosidad a baja temperatura de aceites para engranajes, transmisiones automticas, convertidores de torque y aceites hidrulicos para tractores, automviles e industriales. Tambin se utiliza para medir la viscosidad de alimentos, especialmente almidones. La temperatura del ensayo se mantiene constante en el rango de -5 a -40 C.

El viscosmetro analgico posee tres controles:

El switch del motor para iniciar su marcha

El switch de cambio de velocidad dada en rpm

El Clutch que levanta y fija el cuadrante para obtener la lectura.

Este viscosmetro posee un mango de sostn que puede ser movido para bajar o subir segn la altura que se requiera; cuenta tambin con un cuadrante tipo burbuja para nivelar el viscosmetro a travs de unos tornillos ubicados en la base del aparato.

La viscosidad del material que se prueba se obtiene de la siguiente forma:

-Se fija la aguja y se escoge las rpm

Se prende el aparato y se toma la lectura despus de estabilizada la aguja.

En la tabla adicional que trae el equipo, se lee el factor correspondiente al valor fijado (rpm, nmero de aguja) y ste se multiplica por la lectura tomada.

Lectura leida X factor, nos da un valor de viscosidad mPa ( s

4. Material y equipo

Viscosmetro tipo orificio (Copa Indianpolis)

Viscosmetro Brookfield

Termmetro (T110C).

Balanza.

Probeta de 50 ml.

Probeta de 250 ml.

Cronmetro.

Mechero.

Diferentes tipos de muestras.

5. PROCEDIMIENTO

Viscosmetro de Orificio

5.1 Determine la densidad de la sustancia #1.

5.2 Mida 400 ml de agua, determine su temperatura ambiente; agregue todo el volumen en la copa, teniendo precaucin de taponar el orificio inferior.

5.3 Cronometre el tiempo de vaciado

5.4 Repita el procedimiento 5.2 y cronometre el tiempo de vaciado.

5.5 Mida 400 ml de la sustancia #1, determine su temperatura; agregue todo el volumen en la copa, teniendo precaucin de taponar el orificio inferior.

5.6 Cronometre el tiempo de vaciado.

5.7 Repita el paso 5.5 y cronometre el tiempo de vaciado.

Viscosmetro Brookfield Anlogo

5.8 Calibre el viscosmetro

5.9 Escoja las r.p.m. y el nmero de aguja a trabajar.

5.10 Ubique la sustancia #1 en el viscosmetro, haciendo coincidir el centro de ella con la punta de la aguja. Baje lentamente la aguja hasta la marca.

5.11 Encienda el aparato y espere cinco (5) vueltas hasta que la aguja se estabilice.

5.12 Aprete el clutch cada vez que pase la aguja por el visor para tomar la lectura.

5.13 Tome cuatro lecturas.

5.14 Repita los pasos anteriores (5.8 a 5.13) para la sustancia #1 a las temperaturas de 35, 45, 55, 65 y 75C.

5.15 Repita el procedimiento de las preguntas 5.8 a la 5.13 para la sustancia #2. Determine la densidad de esta sustancia.

6. PRE INFORME (Se debe entregar al iniciar el laboratorio)Investigue el principio por el cual se mide la viscosidad de las sustancias en cada uno de los dos instrumentos utilizados en la prctica.

7. INFORME

Se debe realizar los clculos en dos sistemas de unidades: S.I y S. Ingls.

7.1 Calcule para cada una de las muestras:

a) Densidad especifica o absoluta.

b) Densidad relativa.

7.2 Calcule para la muestra #1 y para los cuatro valores de la temperatura:

a) Grados Engler.

b) Viscosidad cinemtica.

c) Viscosidad dinmica o absoluta.

7.3 Realice una grfica vs T para la muestra #1. Analice tendencias e investigue por qu esta variable influye sobre la viscosidad.

7.4 Elabore una tabla de resultados.

7.5 Compare las viscosidades tomadas para la sustancia #1, con los dos instrumentos y analice cual da mayor precisin y exactitud. Justifique la respuesta.

7.6 Con base en la densidad y la viscosidad tomada para la sustancia #2, investigue el nombre de la sustancia de que se trata.

7.7 Conclusiones.

7.8 Observaciones y recomendaciones.

PREINFORME PRACTICA N5

VISCOSIMETRO TIPO ORIFICIO Y BROOKFIELDMUESTRA

N1. OrificioMUESTRA

N1 Brookfield

Densidad del agua

Densidad sustancia 1

Densidad sustancia 2

Temperatura

del agua

Temperatura sustancia 1

Temperatura sustancia 2

Tiempo de vaciado del agua

Tiempo de vaciado de la sustancia 1

Tiempo de vaciado de la sustancia 2

Viscosidad Brookfield

Tiempo de vaciado a 35C

Viscosidad Brookfield

Tiempo de vaciado a 45C

Tiempo de vaciado a 55C

Tiempo de vaciado a 65C

Tiempo de vaciado a 75C

Dimetro orificio: _____________ mm.

ESTUDIANTES

CDIGO

PREINFORME PRACTICA N5

VISCOSIMETRO TIPO ORIFICIO Y BROOKFIELDMUESTRA

N1. OrificioMUESTRA

N1 Brookfield

Densidad del agua

Densidad sustancia 1

Densidad sustancia 2

Temperatura

del agua

Temperatura sustancia 1

Temperatura sustancia 2

Tiempo de vaciado del agua

Tiempo de vaciado de la sustancia 1

Tiempo de vaciado de la sustancia 2

Viscosidad Brookfield

Tiempo de vaciado a 35C

Viscosidad Brookfield

Tiempo de vaciado a 45C

Tiempo de vaciado a 55C

Tiempo de vaciado a 65C

Tiempo de vaciado a 75C

Dimetro orificio: _____________ mm.

EMBED MSPhotoEd.3

( =F/A

V/e

LABORATORIOS UAO

Prctica N 5. Viscosidad, viscosmetro tipo orificio y Brookfield

Agosto de 2004

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