fundamentos de transferencia de momentum

1. UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
REGION: POZA RICA-TUXPAN
CARRRERA: INGENERÍA QUÍMICA
EXPERIENCIA EDUCATIVA:
FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE MOMENTUN
MATRICULA:
ZS12005356
GRUPO:
IQ 3-IV
TRABAJO:
REPORTE DE PRÁCTICA DE VISCOSIDAD, INVESTIGACIÓN DE MODELOS
REOLOGICOS Y PROBLEMARÍO.
CATEDRÁTICO:
SOLÍS PÉREZ EDUARDO
ALUMNO:
HERNÁNDEZ CASTRO RUBÉN OMAR
FECHA DE ENTREGA:
LUNES 23/MARZO/2015

2. OBJETIVO:
Determinar la viscosidad de las sustancias aceite comestible, coca cola y el jugo
de mango experimentalmente. Usando el equipo Viscosímetro Saybolt Universal.
INTRODUCCIÓN:
Gases y líquidos poseen una propiedad conocida como viscosidad, que se define
como la resistencia que una parte del fluido ofrece al desplazamiento de la otra.
Puede pensarse que es causada por la fricción interna de las moléculas y está
presente tanto en los gases ideales como en los reales y líquidos.
Con respecto a la viscosidad, un fluido (gas ó líquido) puede diferenciarse de un
sólido por su comportamiento cuando se somete a un esfuerzo (Fuerza por unidad
de área) o fuerza aplicada. Un sólido elástico se deforma en una magnitud
proporcional al esfuerzo aplicado. Sin embargo, cuando un fluido se somete a un
esfuerzo, la deformación continúa, esto es, el flujo aumenta al incrementarse el
esfuerzo. Un fluido exhibe resistencia a este esfuerzo. La viscosidad es la
propiedad de un fluido que da lugar a fuerzas que se oponen al movimiento
relativo de capas adyacentes en el fluido.
Para gases a baja densidad, la viscosidad aumenta con un incremento en la
temperatura, mientras que para los líquidos suele disminuir con un incremento en
la temperatura. En gases, la cantidad de movimiento es transportada por las
moléculas en vuelo libre entre colisiones, pero en los líquidos el transporte se lleva
a cabo predominantemente en virtud de las fuerzas intermoleculares que
experimentan pares de moléculas en medida aleatoriamente entorno a sus
vecinas.

3. MATERIAL:
 Viscosímetro saybolt universal
 Probeta de 250 mL
 Vaso de precipitado de 100 mL
 Tapón e hilo
 Densímetro de 0.7-1.0 y 1.0-
1.2
 Papel higiénico
 Copa para saybolt universal
SUSTANCIAS:
 Coca cola
 Aceite comestible
 Jugo de mango
PROCEDIMIENTO:
1.- se limpia todo el material a utilizar, se vierte la sustancia problema en la
probeta de 250 mL y posteriormente se introduce el densímetro tomándose lectura
de la densidad relativa.
2.- se coloca un tapón amarrado de un hilo en la parte inferior del tubo capilar y
debajo de ello se coloca la copa para saybolt universal.
3.- se vierte un poco de la sustancia problema en el tubo capilar del viscosímetro
saybolt universal hasta que este llegue al tope de su límite.
4.- al momento de retirar el tapón tirando del hilo, se le da iniciar al cronometro y
este se detiene hasta que la sustancia problema allá llegado a la línea de
aforacion de la copa.
5.- los datos obtenidos del experimento se utilizan para calcular la viscosidad
utilizando los segundos y el peso específico de la sustancia problema. En el
apéndice B-6 del libro “Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías”.
CRANE, Ed. Mc Graw Hill.

4. EVIDENCIA FOTOGRÁFICA:

6. CÁLCULOS:
Sustancia Peso específico Viscosímetro (s) Viscosidad absoluta
(centipoises)
Aceite comestible 0.920 34.75 s
Jugo de mango 1.032 10.75 s
Coca cola 1.040 10.66 s
La ecuación de la densidad relativa:
𝝆 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 =
𝝆𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐
𝝆 𝒂𝒈𝒖𝒂
La ecuación del peso específico:
𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄í𝒇𝒊𝒄𝒐 =
𝝆 𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍
𝝆 𝒓𝒆𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂
La densidad del material es igual a la densidad del líquido. Y la densidad de
referencia es la densidad del agua a la temperatura que se lleva el experimento.
Por lo tanto la ecuación queda de la siguiente forma:
𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄í𝒇𝒊𝒄𝒂 =
𝝆 𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍
𝝆 𝒓𝒆𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂
=
𝝆𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐
𝝆 𝒂𝒈𝒖𝒂
= 𝝆 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂
𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒊𝒇𝒊𝒄𝒐 = 𝝆 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂

7. OBSERVACIONES:
Al realizar la práctica la primera sustancia problema fue el aceite, la cual dio una
lectura de 0.920 en el densímetro. Y en el viscosímetro tardo 34.75 segundos en
pasar por el tubo capilar hasta llenar la copa en la línea de aforacion.
La práctica con el jugo de mango y la coca cola, las densidades relativas fueron
1.032 y 1.040 respectivamente. Y el tiempo que tardaron las sustancias en pasar
por el tubo capilar fueron de 10.75 segundos para el jugo de mango y 10.66
segundos la coca cola. Por lo que se puede concluir que mientras las sustancias
tengan mayor densidad relativa el tiempo que tardara en pasar por el tubo capilar
será menor.
Por lo tanto mientras menor densidad relativa tenga la sustancia, el tiempo que
tardara en pasar por el tubo capilar del viscosímetro saybolt universal será mayor
al igual que su viscosidad.

8. MODELOS REOLOGICOS APLICADOS EN
INGENIERÍA QUÍMICA
Reología es la rama de la física de medios continuos que se dedica al
estudio de la deformación y el fluir de la materia
Los modelos reológicos de un alimento procesado permiten simular la
respuesta del material a un esfuerzo o deformación aplicada, al igual que
predecir el comportamiento del material de acuerdo a su composición y su
forma de preparación. Su aplicación se puede llevar a cabo cuando se
tienen datos experimentales expresados en unidades fundamentales.
La viscosidad es una propiedad de los líquidos que describe la magnitud de
la resistencia por fuerzas de corte en el líquido.
LEY DE LA POTENCIA DE OSTWALD:
Esta ecuación relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación
según la expresión:
𝜎 = 𝑘 (
𝑑𝑥
𝑑𝑉
)
𝑛
Siendo “k” el índice de consistencia, “n” el índice de comportamiento al flujo y
sigma la viscosidad.
 Para valores de n < 1 comportamiento de fluidos pseudoplásticos.
Por ejemplo: Zumos de naranja, derivados de tomate, zumo de frambuesa entre
otros muchos productos.
 Para valores n > 1, comportamiento de fluidos dilatantes.
Por ejemplo: Mieles de eucalipto, suspensiones de almidón y crema de
cacahuates.

9. ECUACIÓN DE BINGHAM
Este es un modelo para describir el comportamiento plástico, en él aparece un
umbral de fluencia que debe de superarse para que el alimento empiece a fluir. La
expresión de Bingham es la siguiente:
𝜎 = 𝜎0 + 𝑛
𝑑𝑥
𝑑𝑉
(Donde σ0 es el umbral de fluencia y η es la viscosidad plástica.)
Este modelo se ha aplicado en el estudio del comportamiento de suero de puré de
albaricoque, zumos naturales de manzana, geles de pectina entre otros.
ECUACIÓN DE HERSCHEL-BULKLE
Resultado de la combinación de aspectos teóricos y prácticos de los modelos
Plástico de Bingham y Ley de Potencia. La siguiente ecuación describe el
comportamiento de un fluido regido por este modelo:
𝝈 = 𝝈 𝟎 + 𝑲 𝑯 (
𝒅𝒙
𝒅𝑽
)
𝒏
Este modelo puede considerarse como una generalización de la ley de la potencia
de Ostwald en la que se incluye:
Un nuevo parámetro que es el umbral de fluencia (σ0)
KH, es el índice de consistencia y n, es el índice de comportamiento al flujo.
Esta ecuación se ha utilizado en el estudio reológico de zumos de naranja, purés
de alborique, clara de huevo, zumo de kiwi, entre otros. Los parámetros reologicos
de bastantes alimentos semilíquidos se ajustan a esta ecuación de Herschel-
Bulkle.

10. MODELO DE CASSON
Este modelo se utiliza mucho para calcular los valores del umbral de
fluencia.
( 𝜎)0.5
= 𝐾 𝑂𝐶 + 𝐾𝐶 (
𝑑𝑥
𝑑𝑉
)
0.5
 KOC ha sido tomado como umbral de fluencia en numerosos trabajos.
 Este modelo se ha utilizado en el estudio del comportamiento de
chocolate fundido, clara de huevo y derivados de tomate.
MODELO DE ROBERTSON–STIFF
Un modelo hibrido de los modelos Ley de Potencia y Plástico de Bingham para
representar lechadas de cemento y lodos. La ecuación que lo caracteriza es:
𝜏 = 𝐾(𝛾̇0 + 𝛾̇) 𝑛
El parámetro 𝜏 es considerado como una corrección a la tasa de corte, de modo
que representa la tasa de corte requerida por un fluido seudo-plástico puro para
producir el esfuerzo de cedencia del modelo de Bingham. Los parámetros
(𝛾̇0 + 𝛾̇) 𝑛
se definen igual que en Ley de Potencia. Los modelos ya mencionados
dependen de ciertos parámetros para ser calculados. Esto dependerán de los
valores dados los valores de corte y flujo.