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Practica de laboratorio de determinacion de la viscosidad de un fluido
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Un fluido es aquella sustancia líquida o gaseosa que se deforma continuamente cuando se encuentra bajo la acción de un esfuerzo cortante. Cuando el fluido se somete a un esfuerzo, la viscosidad se hace presente y es la que se encarga de poner resistencia a este esfuerzo; esta oposición es debido a las fuerzas de adherencia que tienen unas moléculas del mismo líquido. Dicha viscosidad depende de las fuerzas de cohesión y la rapidez de la transferencia de cantidad de movimiento entre las moléculas, puede aumentar o disminuir según sea la temperatura, presión e incluso por su peso y estructura molecular. Existe la viscosidad absoluta, que es la velocidad del fluido es nula en la superficie de contacto y aumenta mientras se vuelve más distante, y la viscosidad cinemática, relaciona la viscosidad dinámica con la densidad del líquido. Esta propiedad de resistencia está plenamente relacionada con el tipo de fluido y este se puede clasificar en: fluidos newtonianos (su viscosidad es constante en el tiempo; a temperatura fija su viscosidad no cambia y esta se mantiene constante) y fluidos no newtonianos (la viscosidad varía con la temperatura; no tiene valor de viscosidad definido y constante). Nosotros podemos conocer, con medida exacta, la viscosidad de este fluido con una gran variedad de métodos de medición e instrumentos como: el viscosímetro de burbuja (con un rango de 0.005 a 1.000 stokes); capas de inmersión, apta para mediciones rápidas y aproxima el tiempo de caída de pinturas y líquidos parecidos; capas de fluidez (aplica a líquidos newtonianos); viscosímetros rotacionales, sirve para determinar la viscosidad de líquidos no- newtonianos, etc. El instrumento utilizado en esta práctica es el viscosímetro rotacional Brookfield: es un instrumento de medición y control de viscosidad, el cual se rige por el principio de la viscosimetría rotacional (medición de la resistencia que los fluidos probados generan al intentar alcanzar una velocidad angular determinada con partes giratorias, que pueden ser, conos o palas), puesto que mide la viscosidad captando el par de torsión necesario para hacer girar a velocidad constante una aguja inmersa en el fluido de estudio. Este tipo de viscosímetro permite obtener: viscosidad, velocidad, escala Brookfield o torque (%), y el tipo de aguja. En pocas palabras, determina la resistencia de un fluido a través de ejercer una fuerza necesaria para hacer girar la aguja sumergida en el mismo.
En el siguiente gráfico se representan los datos obtenidos por las agujas usadas, la fuerza aplicada velocidad en revoluciones por minuto (rpm) contra viscosidad: La temperatura de la salsa catsup fue de 23°C Las lecturas de viscosidad fueron cada 5 minutos. Aguja RPM Viscosidad (cP) 64 50 1884 62 50 EEE 63 50 EEE 63 20 4236 Tabla 1. Resultados de medición de viscosidad de la catsup. La catsup se calentó en una parrilla y cuando esta alcanzó una temperatura de 64°C se midió de nuevo su viscosidad, lectura pasados 5 minutos: Aguja RPM Viscosidad (cP) 64 50 2088 Tabla 2, Resultados de medición de viscosidad de la catsup a 64°C. Se determinó la densidad de la catsup: Peso picnómetro (Wp)=16.7 g Volumen del picnómetro (Vp)=25 ml Peso picnómetro con catsup (Wp catsup)=43.4 g Así: 𝜌𝑐𝑎𝑡𝑠𝑢𝑝 = 𝑊𝑝−𝑐𝑎𝑡𝑠𝑢𝑝 − 𝑊𝑝 𝑉𝑝 = ( 43. 4 − 16. 7 )𝑔 25 𝑚𝑙 = 1. 068 𝑔/𝑚𝑙 Determinar la viscosidad cinemática: 𝜈 = 𝜇 𝜌
Aguja RPM Viscosidad (cP) Viscosidad cinemática (cSt) 64 50 1884 1,764. 62 50 EEE Lectura fuera de escala 63 50 EEE Lectura fuera de escala 63 20 4236 3,966. Para calcular la velocidad tangencial de agujas se utiliza la siguiente fórmula: 𝑉 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑅𝑃𝑀 60 [=] 𝑚 𝑠 Aguja Diámetro (m) RPM 62 0.0169 50 63 0.0108 20 64 0.0015 50 Aguja 62 𝑉 = ( 3. 1416 )( 0. 0169 𝑚)( 50 ) 60 𝑠 = 0. 0442 𝑚 𝑠 Aguja 63 𝑉 = ( 3. 1416 )( 0. 0108 𝑚)( 20 ) 60 𝑠 = 0. 0113 𝑚 𝑠 Aguja 64 𝑉 = ( 3. 1416 )( 0. 0015 𝑚)( 50 ) 60 𝑠 = 0. 0039 𝑚 𝑠
En este experimento se ha demostrado que la salsa de tomate tiene un comportamiento de fluido pseudoplástico. Esto concuerda con diversos autores que han realizado trabajos de viscosidad con catsup y otros alimentos. Mediante la lectura de varios artículos que hablan de viscosidad en alimentos se encontró que es posible aplicar un modelo que prediga la forma de actuar del fluido; tal y como lo desarrolló Gallego H. et a l (2012) al aplicar el modelo de Herschel- Bulkley en mayonesa y catsup. Para hacerlo, utilizó el esfuerzo de corte y la velocidad de corte. Entre el modelo y la catsup hubo un coeficiente de correlación R^2 mayor a 0.9. No obstante, de acuerdo con la literatura consultada, la viscosidad en este tipo de alimentos puede variar por varios factores, como el contenido de grasas, el tipo de estabilizante y la concentración de estos componentes. También la viscosidad puede irse alterando debido a las fuerzas hidrodinámicas que ocurren al momento de aplicarse el esfuerzo de corte.
La viscosidad es una de las principales características de un fluido al momento de ser analizado y probablemente de las propiedades más importantes en el estudio del flujo de fluidos. Pudimos definir que la viscosidad es la tendencia que tiene un fluido a moverse cuando se le aplica una fuerza externa. Debido a que la práctica no se puede realizar en forma presencial por la pandemia de covid- 19 fue necesario hacer una simulación de cálculos sobre viscosidad basandonos en una práctica realizada por otro estudiante, también con la ayuda de un video que se nos proporcionó aprendimos el fundamento básico del uso correcto de un viscosímetro. Para finalizar, gracias a todo el material didactico que se nos brindo se pudo realizar la práctica de una forma en la que adquirieramos la mayor cantidad de conocimientos posibles. Bibliografía. ● GALLEGO, H., ÁLVAREZ, C., VÉLEZ, C., & FERNÁNDEZ, A. (2012). Caracterización reológica de dos salsas alimenticias. Vitae , 19 (1), S433-S435., S433-S435. ● Flujo de Fluidos. Autor: Crane. Editrial: Mc Graw-Hill, México, 1992. ● Mecánica de los Fluidos. Autor: Víctor L. Streeter, E. Benjamín Wylie. Editrial: Mc Graw-Hill, México, 1992
