Medición de la Viscosidad

1. Instituto Tecnológico de Mexicali
Ingeniería Química
Materia:
Laboratorio Integral I
Tema:
Práctica
Medición de la viscosidad
Integrantes:
Nombre del profesor
Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali, B.C. a 9 de febrero de 2015
Aranda Sierra Claudia Janette
Castillo Tapia Lucero Abigail
Cruz Victorio Alejandro Joshua
De La Rocha León Ana Paulina
Guillén Carvajal Karen Michelle
Lozoya Chávez Fernanda Viridiana
Rubio Martínez José Luis
12490384
11490627
12490696
11490631
12940396
12490402
12490417

2. 1
Índice
Práctica
Título: “Medición de la viscosidad”
Objetivo 2
Introducción 2
Marco teórico 3
Viscosidad 3
Conversiones 3
Influencia de la temperatura 4
Influencia de la presión 4
Fluidos newtonianos y no newtonianos 4
Viscosímetros 5
Material, equipo y reactivos 6
Procedimiento 7
Cálculos 9
Análisis 11
Observaciones 11
Conclusión 11
Bibliografía 11

3. 2
Práctica I
Título:
“Medición de la viscosidad”
Objetivo:
Medir experimentalmente la viscosidad de dos sustancias (glicerina y aceite de ricino), a
diferentes condiciones, con la utilización de tres viscosímetros distintos, para así desarrollar la
capacidad de utilización y manejo de dichos viscosímetros.
Objetivos específicos:
 Medir la viscosidad de una sustancia a diferentes temperaturas utilizando el viscosímetro
Stormer, tal que se obtenga información necesaria para generar una ecuación matemática
para calcular la viscosidad.
 Medir la viscosidad de aceites delgados en viscosímetros Zahn con diferentes calibres.
 Aprender a montar y/o utilizar los diversos viscosímetros disponibles.
 Comparación de la viscosidad obtenida en cada viscosímetro, buscando que los valores se
parezcan lo más posible.
Introducción
Cuando hablamos en temas de ingeniería, se dice que un fluido es una sustancia que se
deforma continuamente (fluye) bajo la aplicación de una tensión tangencial, por muy pequeña
que sea. Los fluidos no pueden considerarse siempre como ideales debido a su viscosidad.
La viscosidad es muy importante en los procesos porque da una referencia del esfuerzo
necesario para que un fluido se mueva, así como las pérdidas relacionadas con la fricción y
deformación. Un ingeniero al saber estas propiedades puede crear un proceso más eficiente o
mejorar una ya existente.
Es debido a la importancia de la viscosidad que en esta práctica nos dedicaremos a estudiarla,
ya sea teóricamente así como la opción experimental de la medición de la viscosidad con
distintos viscosímetros.

4. 3
Marco teórico
Viscosidad
La viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos y esta se define como la
resistencia que ejercen los fluidos al ser deformados cuando se les aplica una mínima cantidad
de esfuerzo cortante. Esta propiedad depende de la presión y de la temperatura. Los fluidos de
alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir y los de baja viscosidad fluyen con
facilidad.
Viscosidad Dinámica o Absoluta (μ): 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. Las unidades utilizadas para medirlas dependen del sistema que se utilice
(tabla 1).
Tabla 1. Unidades de la viscosidad dinámica.
Unidades en el Sistema
Internacional (SI)
Unidades en el sistema CGS
Unidades en el sistema
ingles
𝐾𝑔 ∗ 𝑠
𝑚
ó
𝑁 ∗ 𝑠
𝑚2
= 𝑃𝑎 ∗ 𝑠
𝑔. 𝑠
𝑐𝑚
= 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒 𝑅𝑒𝑦𝑛 =
𝑙𝑏𝑓 ∗ 𝑠
𝑖𝑛2
𝑜
𝑙𝑏𝑓 ∗ 𝑠
𝑓𝑡2
Viscosidad Cinemática (ν): Se define como la relación entre viscosidad dinámica y la densidad
de la masa. Sus unidades también dependen del sistema que se utilice (tabla 2).
𝜈 =
𝜇
𝜌
Donde:
𝜈 = viscosidad cinemática.
𝜇= viscosidad.
𝜌= densidad.
Tabla 2. Unidades de la viscosidad cinemática.
Unidades en el Sistema
Internacional (SI)
Unidades en el sistema CGS Unidades en el sistema
ingles
𝑚2
𝑠
𝑐𝑚2
𝑠
= 𝑆𝑡𝑜𝑘𝑒
𝑖𝑛2
𝑠
𝑜
𝑓𝑡2
𝑠
Conversiones
1 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒 = 0.1 𝑃𝑎 ∙ 𝑠

5. 4
1 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑖𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒 = 1 𝑚𝑃𝑎 ∙ 𝑠
1 𝑅𝑒𝑦𝑛 = 1
𝑙𝑏 𝑓 ∙ 𝑠
𝑖𝑛2 = 6890 𝑃𝑎 ∙ 𝑠
1 𝑠𝑡𝑜𝑘𝑒 = 1
𝑐𝑚2
𝑠
= 0.0001
𝑚2
𝑠
Influencia de la temperatura
 Gases
Los gases a diferencia de los líquidos aumentan su viscosidad con la temperatura. Esto se
debe principalmente a que se aumenta la agitación o movimiento de las moléculas y además
los toques o roces con actividad y fuerza a las demás moléculas contenidas en dicho gas. Por
lo tanto es mayor la unidad de contactos en una unidad de tiempo determinado.
 Líquidos
La viscosidad en los líquidos disminuye con el aumento de su temperatura ya que tendrán
mayor tendencia al flujo y, en consecuencia, tienen índices o coeficientes de viscosidad bajos o
que tienden a disminuir. Además de que también disminuye su densidad. Por lo tanto el
movimiento de sus moléculas tiende a ir al centro donde hay un mayor movimiento de
moléculas en una misma dirección (como se dijo, a fluir mayormente).
Influencia de la presión
 Gases
El aumento de presión hace que también aumente la viscosidad, ya que reduce el espacio entre
las moléculas.
 Líquidos
El aumento de presión (sumamente elevadas) hace que aumente la viscosidad.
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 sólo depende de la temperatura, siendo independientes del
tiempo. Los fluidos no newtonianos, se comportan inversamente con la ecuación anterior.

6. 5
dy
dvx
yx  
Viscosímetros
Los viscosímetros son instrumentos diseñados y especializados para realizar la medición del
nivel de viscosidad de fluidos. También permiten medir otros parámetros de flujo de los fluidos.
Viscosímetro Zahn.- Se pueden utilizar para realizar una medición rápida de la viscosidad. Son
empleados normalmente para medir y controlar las propiedades de flujo en la manufactura,
procesado y aplicaciones de tintas, pinturas, adhesivos. En general son sencillos y fáciles de
manejar, aunque presentan el inconveniente de que las medidas de viscosidad no son muy
precisas.
Este instrumento se trata de una copa de acero inoxidable con un pequeño orificio perforado en
la base de la copa y tiene un asa para manipular la copa (figura 1). Existen 5 especificaciones
de copas que se denominan como Copa Zahn 1, Zahn 2, Zahn 3, Zahn 4 y Zahn 5. Cuanto
mayor es el número de copa Zahn mayor será la viscosidad del líquido que se empleará, por lo
cual una copa Zahn 1 se empleará cuando se tiene un líquido con baja viscosidad. Cada copa
Zahn es suministrada con una tabla de conversión con el tiempo de flujo en segundos (en
décimas de segundo) para medir la viscosidad en centiStokes. Los diámetros de cada orificio
según el calibre de las copas se muestran en la tabla 2.
Tabla 3. Diámetro del orificio de las copas según su calibre.
No. de copa 1 2 3 4 5
Diámetro del orificio (mm) 2.0 2.7 3.8 4.3 5.3
Figura 1. Viscosímetro Zahn
Viscosímetro 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 del 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 (figura 2).

7. 6
Figura 2. Viscosímetro Brookfield.
Estos viscosímetros están compuestos 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 su eje, una señal que indica el nivel de inmersión en el 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.
Viscosímetro Stormer.- Es un viscosímetro rotativo introducido en la industria de pinturas de los
países anglosajones desde hace decenios. Su construcción sumamente robusta, su fácil modo
de empleo y una alta precisión de los resultados, hacen aconsejable su aplicación tanto en
laboratorios industriales como en laboratorios de desarrollo (figura 3). Si bien no es útil para la
medición de masas, pegamentos y productos de alta viscosidad aparente, el aparato es apto
para medir la consistencia de productos en el campo de viscosidades intermedias de 50 a 5000
CP.
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
Figura 3. Viscosímetro Stormer

8. 7
Material, equipo y reactivos
Viscosímetro Material y equipo Reactivo
Stormer 2 Vaso de ppt 500 ml Glicerina
1 Termómetro
1
2
Cronometro
Guantes
Brookfield 2 Probetas 100 ml Glicerina
Aceite de ricino
Zahn 2 Vaso de ppt 500 ml Glicerina
1 Termómetro Aceite de ricino
1 Cronometro
7 Lentes
Procedimiento:
a) Viscosímetro Brookfield
1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.
2. Montar el viscosímetro. Primero se acomoda el eje a la base ajustando la rosquilla.
3. Nivelar el viscosímetro a nivel adecuado (que la burbuja quede en el centro) con
ayuda de las rosquillas de la base, refiriéndose a la burbuja colocada detrás del
instrumento. Este es un paso muy importante, ya que con un mal nivel la lectura
puede ser errónea.
4. Calibrar el equipo. Esto debe de hacerse sin husillo. Primero se enciende el equipo
(power switch on) asegurándose de que el motor este apagado (motor switch off).
Después se presiona la tecla SPDL que nos pedirá dos dígitos, referidos al número
de husillo a utilizar. En este caso es el husillo #1 con clave 61. Lo siguiente es
presionar cualquier tecla de medición de viscosidad ya sea %, CPS o SS. Por último
se presiona la tecla AUTO ZERO para que de esta forma la máquina se calibre al
valor cero y se escoge la tecla de medición de viscosidad a usar.
Series LV
Calibre de husillo Entrada SPDL
1 61
2 62
3 63
4 64
5 65

9. 8
5. Se coloca el acople con doble tornillo en la base del rotor, este sirve para sostener el
envase que contiene la muestra.
6. Colocar el husillo con cuidado de no aplicar mucha fuerza al rotor ya que se puede
descalibrar el equipo e incluso descomponerlo, con una mano se sostiene el rotor y
con la otra el husillo.
7. Esperar a que las cifras regresen a ceros.
8. Colocar la sustancia en la probeta de 100 ml cuidando de que el husillo quede
sumergido hasta la marca. (Nota.- Entre más viscosa sea la sustancia, las
revoluciones por minuto usadas deben ser menores).
9. Prender el motor y esperar a la lectura de viscosidad.
10. Lavar probeta y husillo para siguiente medición.
b) Viscosímetro Zahn
1. Lavar cada una de las copas a utilizar (copa del número 2 y 4) así como la zona de
trabajo. La copa del número 2 será para el aceite de ricino y la 4 para la glicerina.
Las copas se lavan con agua y jabón ya sea por primera vez o para cambiar de
sustancia.
2. Agregar cada sustancia a un vaso de precipitado de 500 ml.
3. Medir con un termómetro la temperatura de cada sustancia. Limpiar al cambiar de
sustancia y al terminar. Dicha temperatura debe de estar en 25 °C ± 2°C
4. Se sumerge la copa adecuada dentro del vaso de precipitado de 1 a 5 minutos con
el fin de alcanzar el equilibrio térmico para que luego de ese tiempo, en posición
vertical se retire la copa de la sustancia de forma suave y rápida.
5. Tomar el tiempo con el cronometro a partir de que el fondo de la copa deje de estar
en contacto con la superficie del líquido. (tiempo de flujo).
6. Dejar de tomar el tiempo cuando se observe el primer punto de quiebre. Tomar nota
del tiempo y repetir dos veces más con la misma sustancia.
7. Repetir el procedimiento para la otra copa.
8. Lavar material.
c) Viscosímetro Stormer
1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.
2. Conectar la plancha con el fin de calentar agua en un vaso de precipitado de 500 ml,
verificar con el termómetro que la temperatura se llegue y se mantenga en 100 °C
3. Eliminar los roces que puedan existir entre el rotor y el cilindro fijo.

10. 9
4. Desplazar el cilindro fijo hacia el rotor hasta llegar al tope de la guía, fijándolo en
esta posición.
5. Soltar el freno (m=50 gr) un cuarto de giro nivelando el sistema, este movimiento es
transmitido al cilindro móvil generando un esfuerzo de corte en la superficie de la
muestra debido a la velocidad. Poner atención a un ruido metálico, si es así, aflojar
los tornillos de ajuste que sujetan el cilindro exterior. Este desplazamiento se lleva a
cabo para eliminar el ruido metálico.
6. Ajustar los tornillos que sujetan al cilindro exterior, siempre por pares diametrales
opuestos evitando el desplazamiento del cilindro.
7. Subir el porta pesas hasta su máximo nivel.
8. Soltar el freno nuevamente para verificar que ya no se produzca ruido metálico.
9. Tomar un punto de referencia en el tacómetro y liberar el freno hasta que la aguja
este a 4 o 5 espacios antes del punto de referencia. Se recomienda el cero.
10. Soltar la plataforma móvil para descenderla.
11. Introducir el agua en el cilindro exterior hasta el nivel de las aletas internas del
cilindro. Colocar el cilindro fijo en el cilindro móvil o rotor (en su lugar original). Poner
la muestra a analizar en el cilindro fijo hasta los topes que se encuentran. Elevar
plataforma y ajustar tornillo.
12. Instalar termómetro y tomar la temperatura inicial (y las sucesivas) de la muestra una
vez hecho esto retirar el termómetro y limpiarlo.
13. Soltar el freno de la polea y cuando la aguja del tacómetro pase por cero, iniciar a
tomar el tiempo. Detenerlo cuando pase por el punto de referencia (cero).
14. Registrar el tiempo. Nota: Cuando se utiliza un peso de 100gr y el tiempo es
registrado menor a 20 segundos. Repetir pero sólo con el porta pesas de (50gr).
15. Repetir el paso 9,10, 12, 13 y 14 nueve veces más para poder ver el comportamiento
de la viscosidad con el descenso de la temperatura.
16. Limpiar el cilindro fijo y tirar el agua del cilindro exterior.
Cálculos, resultados y gráficas
Viscosímetro Stormer:
Obtención de ecuación de la recta para un peso de 50 gramos.

11. 10
Para obtener la ecuación de la recta a partir de los puntos P y Q se utiliza la siguiente fórmula:
𝑦 − 𝑦1 = 𝑚( 𝑥 − 𝑥1)
A su vez, la pendiente m se obtiene con la fórmula:
𝑚 =
𝑦2 − 𝑦1
𝑥2 − 𝑥1
Por lo tanto, la ecuación para encontrar la ecuación de la recta es:
𝑦 = (
𝑦2 − 𝑦1
𝑥2 − 𝑥1
)( 𝑥 − 𝑥1)+ 𝑦1
Sea 𝑦 viscosidad, y 𝑥 tiempo; y sustituyendo por el valor de los puntos P y Q:
𝑦 = (
350 − 200
250 − 150
) ( 𝑥 − 150) + 200
𝑦 = (1.5)( 𝑥 − 150) + 200
𝑦 = 1.5𝑥 − 25
Esta ecuación se utilizó para comparar la viscosidad en condiciones de temperatura similares.

12. 11
Para los demás viscosímetros, las mediciones tablas y cálculos están hechos
en Excel, se pretende copiar directamente.
Análisis
Observaciones

13. 12
Conclusiones
Bibliografías
Fuentes de libros
 Mott Robert. (2006). “Mecánica de fluidos”. Pearson. 6 ed.
Fuentes electrónicas
 http://www.buenastareas.com
 http://www.scribd.com
 http://www.adendorf.net/copa-zahn-para-viscosidad-de-tintas-p-108.html
 http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=3156
 http://www.twilight.mx/Viscosimetros/Viscosimetros-Zahn.html
 https://www.youtube.com/watch?v=cTa6hWR7Jpg