1er Informe de Ope 2

7/31/2019 1er Informe de Ope 2

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ccUniversidad Nacional Agraria La Molina

Primer Laboratorio Experimental

Operaciones Unitarias Pesqueras I

determinacin del coeficiente de viscosidad

Nataly Feijoo

15 de Octubre del 2009


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Introduccin

Qu es viscosidad? Cmo visualizarla? Imaginemos que, con una cucharilla,agitamos una taza de t ms enrgicamente que lo que acostumbran a hacerlo laspersonas bien educadas y levantamos la cucharilla. La velocidad de rotacin vaprogresivamente disminuyendo y el lquido acaba por detenerse. Por qu no siguegirando indefinidamente? Por la friccin en el seno del lquido. A esta friccin orozamiento interno del lquido (su resistencia interna al flujo) es a lo que sedenomina viscosidad. Difiere, sin embargo, de la friccin o rozamiento de losslidos en que, tratndose de un verdadero liquido, la ms mnima fuerza aplicadade un modo continuo durante un largo periodo de tiempo, produce un flujocontinuo.

Adems a todo esto, debemos de analizar el coeficiente de viscosidad que esuna constante independiente de valor D (en un liquido newtoniano). Donde, ellquido newtoniano se define como aquel para el que la representacin de la tensin

de cizalladura en funcin de la velocidad de deformacin es una lnea recta. A laconstante de proporcionalidad de le denomina coeficiente de viscosidad.

OBJETIVOS

Proporcionar conocimientos prcticos sobre determinacin de algunascaractersticas reolgicas de productos pesqueros lquidos.

Conocer los equipos utilizados en la determinacin de estas caractersticas.Y estudiar los principios del funcionamiento del viscosmetro rotacional.

Para ello se hizo uso de los siguientes materiales y mtodos:

Aceite de pescado Viscosmetro capilar Cronometro Bao mara Termmetro Vaso de precipitado

Mtodo utilizado: Medir el flujo del lquido a travs de tubos


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REVISION BIBLIOGRFICA

Fuente: Introduccin a la reologa de los alimentosEditorial Acribia. Autor: H.G. Muller. 1973Pg. 42-61; capitulo: lquidos newtonianos

El viscosmetro Brookfield fue disonado como un instrumento econmico para usofcil y de estimaciones reproducibles de viscosidad bajo ciertas condiciones deoperacin.

Como muchos otros que usan instrumentos reolgicos los cuales empleanviscosimetra rotacional el viscosmetro Brookfield impone una deformacinresultante. Un diseo alternativo es el imponer una conocida o controladadeformacin y grabar el esfuerzo a dicha deformacin resultante a la velocidad dedeformacin.

El Viscosmetro Brookfield es de ejes simple, es ms comercial, ampliamente

utilizada en la industria alimentaria. Normalmente opera a ocho velocidadesdiferentes, y es cuestin de ensayar cules son el eje y la velocidad angularadecuados para un fluido particular.

El Viscosmetro Brookfield es el ms barato de los viscosmetros rotacionalesdisponibles y fciles de usar. Existen accesorios adicionales para el manejo devolmenes pequeos, para medir fluidos de baja viscosidad, para medir pastas ysuspensiones y para mover el eje lentamente bien hacia arriba o hacia abajo delfluido de modo que siempre est rodando el fluido fresco.

Midiendo el gradiente de velocidad (dv/dy) y la tensin de cortadura (T) en la Leyde Newton de la viscosidad:

T = U (dv/dy)

Se puede calcular la viscosidad absoluta o dinmica.

Relacionando el esfuerzo de corte, el momento, la velocidad angular y los radiosrespectivos (para un viscosmetro concntrico) se llega a una expresin que rigepara fluidos newtonianos:

Donde:

U: Viscosidad AbsolutaMo: MomentoW: Velocidad AngularH: Altura del cilindro que giraR1: Radio del cilindroR2: Radio del cilindro externo


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La constante de viscosidad

, la contante de viscosidad es un trmino cuantitativo que se define como elcociente de tensin tangencial, , dividida por la viscosidad de deformacin, D, esdecir:

= /D

Si es una constante independiente del valor de D, esta ecuacin es la de unlquido newtoniano.

El lquido newtoniano se define como aquel para el que la representacin de latensin tangencial en funcin de la velocidad de deformacin es una lnea recta. Ala constante de proporcionalidad se le denomina coeficiente de viscosidad. El lquidonewtoniano se representa con el smbolo N y un modelo constituido por unrecipiente lleno de lquido en el que se mueve un mbolo en sentido ascendente-descendente.

Newton defini el flujo viscoso, en estos trminos:

La resistencia ocasionada por la no deslizabilidad de un liquido es proporcional,siempre que los dems factores se mantengan constantes, a la velocidad a que seseparan las distintas partes del fluido.

El lquido newtoniano carece de propiedades elsticas; es incomprensible,istropo y, como el slido de Hooke, irreal. Muchos lquidos reales ofrecen, sinembargo, comportamiento newtoniano dentro de un amplio rango de tensiones detangencia y el relogo los considera como lquidos newtonianos. El flujo de unlquido newtoniano suele ilustrarse grficamente representando , o el coeficientede viscosidad , en funcin de la velocidad de deformacin (intensidad decortadura), D.

La velocidad de deformacin se expresa en trminos de 1/segundos. Y comopuede verse en la figura, la pendiente de las rectas obtenidas depende de , yadems esta es constante. Para decidir si un liquido es, o no, newtoniano basta conobservar si al duplicarse se duplica tambin D. si tal no sucede, el liquido no esnewtoniano.


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Al coeficiente de viscosidad se le denomina a veces viscosidad dinmica, paradistinguirlo de la viscosidad cinemtica, v, que es el coeficiente de viscosidadmedido directamente en los viscosmetros capilares de tubo en U, en los que latensin de cizalladura la proporciona el propio lquido de alimentacin; esta tensinno depende slo de la altura de a columna, sino tambin de la densidad, , dellquido. Para interconvertir la viscosidad cinemtica y la viscosidad dinmica, hay

que dividir sta por la densidad, .

Ocasionalmente se emplea el coeficiente de fluidez, , que es la inversa de laviscosidad dinmica.

Viscosidad y temperatura

La viscosidad de los lquidos desciende muy acusadamente al aumentar latemperatura. El descenso de la viscosidad del agua, por ejemplo, es del orden 1 3.5% por grado centgrado, dependiendo de la temperatura a que se efecte lamedida. El del aceite de ricino es de un 8%, entre 20 y 21 C, y el de la brea, en el

mismo intervalo de temperatura, es del 30%.

Han sido numerosos los intentos de relacionar cuantitativamente el coeficiente deviscosidad con la temperatura. Los primeros trabajos al respecto se basaban en elhecho de que al aumentar la temperatura tambin aumenta el volumen de liquido,de donde se deduca que disminua el numero de molculas por unidad de volumen.Parece claro, sin embargo, que la viscosidad de un lquido no es slo funcin delvolumen molecular. Tambin juegan un papel importante las interaccionesintermoleculares en el seno del lquido, cuya intensidad varia con la composicinqumica de ste.

Si se representa el logaritmo de en funcin de la inversa de la temperatura

absoluta (1/T), la mayor parte de los lquidos newtonianos dan una lnea recta (elagua constituye una excepcin a la regla); por tanto:

Log = B/T + C

Donde B y C son constantes caractersticas del lquido.

Determinacin de la viscosidad

Las medidas de la viscosidad se basan en cuatro tipos de deformacin. Donde, enalgunos casos se produce una medida de deformacin , o L/H, el gradiente dedesplazamiento.

Todos los mtodos de medida de la viscosidad de un lquido se basan en un soloconcepto: la fuerza motriz es igual a la constante material (viscosidad)multiplicado por algn factor que exprese la geometra instrumental (que secalcula, o determina, por calibrado contra una sustancia patrn) y otro que expreseel cambio, o velocidad de cambio, de la forma del material (la muestra en la que seefecta la medicin).


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Existen 5 mtodos prcticos de determinar la viscosidad de un lquido:

a) Medir el flujo del lquido a travs de tubos.b) Medir la velocidad del descenso de un cuerpo slido a travs de un lquido.c) Viscocimetra rotacional.

d) Viscocimetra vibracional.e) Utilizar tcnicas empricas.

a) flujo a travs de tubos

Este sistema de medida se basa en la ley de Poiseuille, quien era un mdicofrancs (1797-1869) que fue el primero en medir con precisin la resistenciaviscosa. Su ley establece que:

Q=pr4

8l

Donde Q es el caudal que pasa a travs de un capilar (m3/s); p es ladiferencia de presin entre los extremos del capilar, en N/m 2 (esta presin puedeaplicarse externamente o ser la hidrosttica del lquido, que depende de sudensidad y de la altura de la columna); r es el radio del tubo (m); l es la longitud

del tubo (m), y el coeficiente de viscosidad. Debe subrayarse que el trminocapilar se utiliza, en reologa, para indicar un tubo estrecho, pero de dimetro muysuperior al de los tubos que merecen este nombre en biologa.

Rara vez se determina la viscosidad absoluta, porque para eso es necesarioconocer con precisin las constantes del instrumento, tales como longitud ydimetro del tubo; habitualmente, se determina la viscosidad relativa utilizando

como lquidos de referencia agua o disoluciones de sacarosa. El patrn fundamentalal que se refieren los dems valores es el agua. La viscosidad de un lquido relativoa otro, patrn, es lo que se llama viscosidad relativa, que es la relacin entre laviscosidad de lquido problema y la del patrn, y se calcula mediante:

1 = p1 = t12 p2 t2

1 y p1 son la viscosidad lquido de referencia; t1 el tiempo que tarda en fluirdeterminado volumen del lquido;2 , p2 y t2 son los valores correspondientes del

lquido del problema.

El viscosmetro capilar en U utilizado habitualmente en laboratorio es elviscosmetro Ostwald, del que existen modelos con tubos capilares de diversosdimetros; puede utilizarse para medir coeficientes de viscosidad que caigan dentrodel rango de 0`001 0`35 Pl.


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Viscosmetro de Otswald

b)Descenso de un slido a travs de un lquido

La determinacin del coeficiente de viscosidad midiendo la velocidad deldescenso de una esfera a travs de un volumen infinito de lquido se basa en la leyde Stokes (Sir George Stokes, 1818-1903):

4/3 R3(A) g = 6RV

4/3 R2(A) g= 6V

Donde R es el radio de la esfera (m); A la densidad de la esfera (Kg/m3); la

densidad del liquido (Kg/m3); g la aceleracin debida a la gravedad (9.81m/s2); el coeficiente de viscosidad (en Pl), y V la velocidad a que se mueve la esfera(m/s).

Este es un mtodo adecuado para usarlo con lquidos de mayor viscosidad que lade aquellos con las que, normalmente, se utilizan viscosmetros de tubo en U. comoesfera, suele usarse una bola de acero de 1`5mm. Si se trata de lquidos msviscosos, debe emplease una bola de platino, porque el platino es ms denso que elacero.

c) viscosmetros rotacionales

Existen tres tipos de viscosmetros de este tipo, de cilindro rotatorio externo, decilindro rotatorio interno y de cmo y placa.

Ejemplo de viscosmetro de cilindro rotatorio externo es el viscosmetro cilndricocoaxial de Couette-Hatcheck. El coeficiente de viscosidad, se calcula:

= Ked2hR

Donde K es la constante de torsin del alambre, e la deflexin angular del cilindrointerno, d l espacio que queda entre los cilindros, h la altura del liquido entre losdos cilindros, la velocidad angular del cilindro externo, que rota, y R el radio

medio de los cilindros.


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Resultados

NTEMPERATURA 1/T TIEMPO CONSTANTE VISCOCIDAD

c F 1/Fx1/1000 () (K) centistock1 26.2 79.16 12.633 33.3 2.4992 83.0722 31.1 87.98 11.366 25.6 2.4982 63.9343 32.4 90.32 11.072 24.9 2.498 62.184 38.3 100.94 9.907 21.5 2.4969 53.665 46.9 116.42 8.589 17.23 2.4953 42.9656 50.7 123.26 8.113 14.85 2.4945 37.017 55.4 131.72 7.592 14.46 2.4936 36.023

8 60.8 141.44 7.07 11.76 2.4925 29.269

Datos:

K100F = 2.497 centistocks K210F = 2.485 centistocks

Viscosidad = K 0.5/


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Recomendaciones

Regular la temperatura antes, durante y despus de las respectivasevaluaciones o ensayos, de modo que las diferencias entre el tiempo de flujohallado en las siguientes determinaciones no excedan de un 0.5%.

En las determinaciones de la viscosidad de los alimentos, debe controlarse latemperatura con una precisin de 0.5C, sumergiendo el viscosmetro enun bao mara. El termmetro debe estar graduado en dcimas, o 1/5, deC y el bao debe hallarse termostticamente controlado. Si no fuera posibleoperar as, debe tomarse un vaso grande de agua, elevar su temperatura ala correcta con un mechero Bunsen y agitar convenientemente el lquido.

Conclusiones

El coeficiente de viscosidad depende de la temperatura. Esto se observa enla tabla de resultados, donde la viscosidad del lquido desciende al aumentarla temperatura. Es decir, cuanto ms alto sea el coeficiente de viscosidad,ms afectado se ver por la temperatura.

El viscosmetro de Otswald es un instrumento recomendable para obtenerdiferentes mediadas de viscosidad.


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Bibliografa

Introduccin a la reologa de los alimentos. Editorial Acribia. Autor: H.G.Muller. 1973. Pg. 42-61; capitulo: lquidos newtonianos.

Procesos de transporte y principios de procesos de separacin. Autor:Christie John Geankoplis. Cuarta edicin. Pg. 209 221.

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