Practica #1 Laboratorio Integral

1. 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.

2. 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

3. 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).

4.  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

5. 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 .

6. 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

7. 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)

8. 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.

9. 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.
Aceite 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)

10. Aceite 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 ( ).
Glicerina
No. De copa
Viscosímetro
Tiempo (seg.)
Tiempo promedio 4 26.64 25.73 26.185
2
General Electric
54.89
45.34
50.115
Glicerina
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:
Glicerina
Husillo
Temperatura
Centipoises
Viscosidad (μ) en Pa 1 28 378 0.378
1
51
96
0.096 2 48 112 0.112

11. 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_%20Viscosidad%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/