Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química Y Ambiental Laboratorio de Propiedades Termodinámicas y de Transporte
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO LABORATORIO DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS Y DE TRANSPORTE TRANSPORTE Juan Carlos Cortes ernal ernal! Daniel "te#an $aldonado %ar&'n ( "ara Yescenia "aa#edra In)ante * 1
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PREINFORME DE LABORATORIO: LABORATORIO: Viscosidad Ob!"i#os: GENERAL: Determinar la #iscosidad de tres lubricantes di)erentes mediante el uso del #iscosímetro de "aybolt+
ESPECÍFICOS: •
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Calcular la #iscosidad de un aceite a di)erentes temperaturas e,presadas en unidades unidades ""- ."egundos ."egundos "aybolt -ni#ersal/ -ni#ersal/ o ""F ."egundo "aybolt "aybolt Furol/+ Con#ertir las #iscosidades a unidades u nidades de "to0es y Poises+ %enerar grá1cas de comportamiento de la #iscosidad )rente a cambios de temperatura+ Comparar los datos encontrados con los #alores reales o reportados en la literatura+
MARCO TE$RICO Viscosidad Todos Todos los 2uidos reales reales tienen una resistencia interna interna al 2u3o o a la de)ormaci'n de)ormaci'n llamada #iscosidad+ "e debe a la )ricci'n entre mol4culas+ 5n los lí6uidos la #iscosidad se debe a )uer&as de co7esi'n de corto alcance8 mientras 6ue en los gases se debe a los c7o6ues entre las mol4culas+ Tanto para lí6uidos como para gases8 la #iscosidad depende de la #elocidad de 2u3o8 y la relaci'n entre estas dos #ariables dependerá de la naturale&a del 2uido+ .Cengel8 (99:/ A7or A7ora a bien bien88 la #elo #eloci cida dad d de de)o de)orm rmac aci' i'n n de un 2uid 2uido o está está dire direct ctam ament ente e relacionada con su #iscosidad;
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igura 1. !e"ormaci#n de un $uido entre dos su%er&cies, est'tica y m#vil tomado de (enomenos de trans%orte, 2014) Las placas inducen un mo#imiento en capas del 2uido8 7aciendo 6ue cada una de las capas se mue#a a di)erente #elocidad8 generando así un campo de #elocidad dependiente de un gradiente+ 5ste con3unto es denominado es)uer&os cortantes y sigue la relaci'n; τ = μ
du dy
.9/
Donde . μ / es la #iscosidad absoluta o dinámica8 cuyas unidades son <0g=m>s? .com@nmente denominada Poise/+ "i se di#ide la #iscosidad dinámica entre la densidad de la sustancia8 se obtiene la #iscosidad cinemática8 cuyas unidades en "istema Internacional serían
Viscosidad di%&'ica 5l coe1ciente de #iscosidad dinámica está de1nido por; τ x = μ
dV ( 2 ) dx
Donde
τ representa el es)uer&o cortante .0g=ms (/8
dV / dx es el cambio de
la #elocidad perpendicular al plano al cual se le calcula la tensi'n tangencial .s ! / y μ es la #iscosidad o coe1ciente de #iscosidad dinámica .0g=ms/+ Las unidades del sistema internacional "I de la #iscosidad dinámica .0g=ms/ o .Pa s/ no poseen una denominaci'n 13a8 la unidad 6ue se suele mane3ar es el poiseE del sistema cegesimal de1nido como;
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g kg =10−1 cm∙s m∙s
Viscosidad ci%!'&"ica "e de1ne como el cociente entre la #iscosidad dinámica y la densidad a una misma temperatura; μ v = (3 ) ρ
Las unidades del sistema internacional "I de la #iscosidad cinemática .m (=s/ tampoco poseen un nombre especí1co8 la unidad 6ue se suele mane3ar es el sto0eE del sistema cegesimal de1nido como; c m 1 St ( stoke )=1 s
2
m =0,0001 s
2
Co!(ci!%"! d! #iscosidad Cuando un cuerpo se mue#e a #elocidad relati#amente ba3a a tra#4s de un 2uido tal como un gas o un lí6uido8 la )uer&a de )ricci'n puede obtenerse apro,imadamente suponiendo 6ue es proporcional a la #elocidad8 y opuesta a ella+ Por consiguiente; Ff =fricción del fluido=− Knv ( 4 )
5l coe1ciente de )ricci'n
K depende de la )orma del cuerpo+ Por e3emplo8 en
el caso de una es)era de radio 8 un cálculo laborioso indica 6ue G H p8 relaci'n conocida como la ley de "to0es+ 5l coe1ciente n depende de la )ricci'n interna del 2uido .la )uer&a de )ricci'n entre las di)erentes capas del 2uido 6ue se mue#en a di)erentes #elocidades/+ 5sta )ricci'n interna se conoce como #iscosidad y recibe el nombre de coe1ciente de #iscosidad+ 5l coe1ciente de #iscosidad en el sistema $G" se e,presa en Gg = m>s+ La #iscosidad puede e,presarse en g = cm >s y es llamada poise8 y abre#iada P+ 5l poise es igual a un d4cimo de la unidad $G" de la #iscosidad+ 5l coe1ciente de #iscosidad de los lí6uidos disminuye a medida 6ue aumenta la temperatura8 mientras 6ue en los gases8 el coe1ciente aumenta a medida 6ue aumenta la temperatura+ La #iscosidad8 como cual6uier otra de las propiedades 6ue caracteri&an el comportamiento de un 2uido8 es muy importante para el ingeniero 6uímico y los procesos industriales8 pues representa la resistencia de un 2uido a ser transportado+
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E)*i+o: 5l #iscosímetro tipo "aybolt8 permite mantener los lubricantes a una temperatura determinada y constante dentro de los recipientes+ Luego de cargar los recipientes con el lubricante y lograr una temperatura constante especi1cada se procede a determinar el tiempo 6ue se demoran en caer 9 ml de lubricante por el ori1cio del #iscosímetro8 este ori1cio puede ser de !=! pulgada .-ni#ersal/ o != pulgada .Furol/+
igura 2. *iscos+metro ti%o aybolt.
P,oc!di'i!%"o
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Limpiar los cilindros de acero de los #iscosímetros 5n una probeta de (K9 ml disponer un a cantidad apropiada de aceit Colocar el tap'n correspondiente en cada uno de los ori1cios in)eriores
Introducir cuidadosamente el densímetr Disponer aceite en los #iscosímetros
Iniciar calentamiento
egistrar la lectura del densímetro+
5sperar a 6ue se estabilice la temperatura y retirar el tap'n
$edir el tiempo 6ue toma recoger 9mL del aceite en las copas+
epetir para las di)erentes temperaturas+
igura 3. -rocedimiento e%erimental.
Tab-as d! da"os /abla 1 !atos e%erimentales de tiem%o de llenado a di"erentes tem%eraturas y ti%o de ori&cio %ara cada uno de los lubricantes em%leados %or du%licado. "A5!9*9 T .MC/ OK
T .s/
"A5K9
Nri1cio -ni#ers al
T .MC/ OK
Furol 9
-ni#ers al Furol
T.s/
Nri1cio -ni#er sal Furol
9
-ni#er sal Furol
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9
-ni#ers al
9
Furol
-ni#er sal Furol
/abla 2 !atos e%erimentales de densidad contra tem%eratura %ara cada uno de los lubricantes em%leados "A5K9 T .MC/ 5scala (9 *9 *K O9 K9 9 :9
"A5!9*9 T .MC/ 5scala (9 *9 *K O9 K9 9 :9
C&-c*-os "e con#ierten todos los tiempos obtenidos de la Tabla ! a ""- ."econds "aybolt -ni#ersal/8 para el caso de los tiempos tomados en los ori1cios -ni#ersal solo es con#ertir el tiempo a segundos; SSU =tiempo ( seg )
Para los tiempos tomados en los ori1cios Furol; SSF = tiempo ( seg ) SSU = SSF ∗10
Para la con#ersi'n de los datos de ""- a c"t se utili&a la norma A"T$ D(!!8 Tablas ! y * Ginematic iscosity to "aybolt Furol uni#ersal+ Finalmente con los datos de densidad en )unci'n del tiempo8 se gra1ca una cur#a de calibraci'n8 de donde se obtiene la densidad para con#ertir los datos de #iscosidad cinemática a dinámica+ ibliogra)ía Cengel8 Y+ .(99:/+ ecanica de luidos. $e,ico DF+ / !211 "tandard Practice )or Con#ersion o) Ginematic iscosity to "aybolt -ni#ersal iscosity or to "aybolt Furol iscosity
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