UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA

FACULTAD DE INGENIERIAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

INFORME DE LABORATORIODETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS

Curso : mecnica de fluidos

Docente: Ing. Mario Roger Cotacallapa Sucapuca

Alumno: Milagros Ornella Pullchs Arias

Ciclo: 2015-I

Moquegua, 04 de mayo del 201

PRACTICA DE LABORATORIO

DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS

I. INTRODUCCION

En 1678 Robert Hooke fue el primero que habl de la reologa en su libro Verdadera teora de la Elasticidad. Dicha teora se resuma en lo siguiente:Si se dobla (aumenta) la tensin, se dobla la deformacin. Nueve aos despus, Isaac Newton public en Philosophiae Naturalis Principia Mathematica una hiptesis asociada al estado simple de cizalladura (o corte): La resistencia derivada de la falta de deslizamiento de las partes de un lquido es proporcional a la velocidad con que se separan unas de otras dentro de l. Esta necesidad de deslizamiento es lo que ahora se denomina Viscosidad, sinnimo de friccin interna. Dicha viscosidad es una medida de la resistencia a fluir.

Podemos definir la viscosidad como la propiedad de un fluido que da lugar a las fuerzas que se oponen al desplazamiento relativo de unas capas adyacentes respecto a otras; estas fuerzas son similares a las de cizalla de los slidos y ambas proceden de las interacciones que existen entre las molculas.

Segn Heldman (1.993) la viscosidad de un fluido depende fuertemente de la temperatura. Teniendo en cuenta que la temperatura cambia apreciablemente durante muchas operaciones del proceso es importante obtener valores apropiados de viscosidad dentro del intervalo de temperatura existente durante el procesado del producto.

La viscosidad cinemtica , es la relacin que existe entre la viscosidad dinmica y la densidad del fluido en estudio (Bourne, 1.982). La viscosidad cinemtica vara en los gases con la presin y la temperatura, mientras que, en los lquidos se puede decir que su cambio se debe slo a la temperatura.

En cambio, la viscosidad dinmica , este termino es frecuentemente llamado viscosidad o viscosidad absoluta. Es la friccin interna de un liquido o su tendencia a la resistencia de flujo. (Bourne, 1.982)

El conocimiento adecuado de las propiedades reolgicas de los alimentos es muy importante por numerosas razones, entre las que destacan las aplicaciones que se detallan a continuacin: La viscosidad se utiliza para la estimacin y clculo de los fenmenos de transporte de cantidad de movimiento, calor y energa. Los datos reolgicos pueden ser muy interesantes para modificar el proceso de elaboracin o la formulacin de un producto final de forma que los parmetros de textura del alimento se encuentren dentro del rango considerado deseable por los consumidores Los estudios reolgicos pueden aportarnos informacin que facilite una mejor comprensin de la estructura o de la distribucin de los componentes moleculares de los alimentos, especialmente de los componentes macromoleculares, as como para predecir los cambios estructurales durante los procesos de acondicionamiento y elaboracin a los que son sometidos Las medidas de la viscosidad en continuo son cada vez ms importantes en muchas industrias alimentarias con objeto de controlar el buen funcionamiento del proceso productivo, as como la calidad de las materias primas, productos intermedios y acabados.

As, la clasificacin de los fluidos alimentarios segn su comportamiento reolgico puede establecerse de la siguiente forma: - Fluidos newtonianos. - Independientes del tiempo- Fluidos no newtonianos. - Plsticos de Bingham - Pseudoplsticos - Dilatantes - Dependientes del tiempo - Fluidos tixotrpicos - Fluidos reopcticos - Fluidos viscoelsticos

Esta prctica pretende observar el comportamiento de un fluido, concretamente de su viscosidad, ante la variacin de la temperatura. Teniendo en cuenta que la velocidad limite de cada de un objeto dentro de un fluido es indirectamente proporcional a su viscosidad, se observara en primera instancia, cmo vara la velocidad lmite segn la temperatura del fluido, a partir de esto me servir de los datos obtenidos para calcular la viscosidad a cada temperatura y su relacin. Para todo ello, me sirvo de un montaje experimental en el cual, para un mismo fluido (yogurt frutado) a 4 temperaturas distintas, lanzo una esfera, contabilizando el tiempo que esta recorre en un espacio determinado, una vez que se mueva con MRU.De la misma forma para otro tipo de fluido frugos (jugo de fruta) con la diferencia que en esta no variara la temperatura ya que se mantendr constante a temperatura ambiente

Despus de haber tomado los datos pertinentes y realizar el clculo de la velocidad lmite y, a partir de esta, de la viscosidad, observo cuales son las relaciones entre temperatura-velocidad lmite y temperatura-viscosidad. Una vez finalizada la parte prctica, obtengo los resultados y concluyo que lo conjeturado inicialmente es correcto: la temperatura es inversamente proporcional a la viscosidad.

II. OBJETIVOS

2.1. OBEJTIVOS GENERALES

Estudiar el comportamiento de los fluidos Estudiar los diferentes parmetros que afectan a la viscosidad de un fluido

2.2. OBEJTICOS ESPECIFICOS

Determinar el comportamiento de los fluidos en funcin de velocidad, masa, tiempo y temperatura Determinar la viscosidad dinmica de los fluidos asi como la energa de activacin

III. MARCO TEORICO

3.1. VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS

Se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus molculas (Robert L. Mott., 2006)

3.2. VISCOSMETRO DE ESFERA QUE CAE

Conforme un cuerpo cae en un fluido solamente bajo la influencia de la gravedad, acelerara hasta que la fuerza hacia abajo (su peso) quede equilibrada con la fuerza de flotacin y la de arrastre viscoso que actan hacia arriba. La velocidad que alcanzan en ese tiempo se denomina velocidad terminal. El viscosmetro de bola que cae hace uso de ese principio para ocasionar que una bola esfrica tenga una cada libre a travs de un fluido, y se mida el tiempo que requiera para recorrer una distancia conocida. As es posible calcular la velocidad (Robert L. Mott.,2006)

Cuando un cuerpo cae a travs de un medio viscoso, experimenta una resistencia u oposicin viscosa que se resiste al movimiento descendiente. Por consiguiente, si un cuerpo cae a travs de un lquido por efecto de la gravedad , tras un periodo inicial de aceleracin se produce un movimiento a la velocidad terminal uniforme cuando la fuerza de gravedad se equilibra con la oposicin viscosa (Michael E. Aulton, 2004)

3.3. VARIACION DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA

Un fluido con un alto ndice de viscosidad muestra un cambio pequeo de viscosidad con respecto a la temperatura. Un fluido con un bajo ndice de viscosidad exhibe un cambio grande en su viscosidad con respecto a la temperatura. (Robert L. M., 2006)

Segn Heldman (1993) La viscosidad de un fluido depende fuertemente de la temperatura. Teniendo en cuenta que la temperatura cambia apreciablemente durante muchas operaciones del proceso es importante obtener valores apropiados de viscosidad dentro del intervalo de temperatura existente durante el procesado del producto.

3.4. REOLOGIA

En 1678 Robert Hooke fue el primero que hablo de la reologia en su libro verdadero teora de la elasticidad. Dicha teora se resumia en lo siguiente: si se dobla (aumenta) la tensin, se dobla la deformacin.

La clasificacin de los fluidos alimentarios segn su comportamiento reologico puede establecerse de la siguiente forma:

Fluidos newtonianos Fluidos no newtonianos Independientes del tiempo Plsticos de Bingham Pseudoplasticos Dilantantes Independientes del tiempo Fluidos tixotrpicos Fluidos reopcticos Fluidos viscoelsticos

3.5. VISCOSIDAD CINEMATICA Y VISCOSIDAD DINAMICA

La viscosidad cinematica , es la relacin que existe entre la viscosidad dinmica y la densidad del fluido en estudio (Bourne, 1982). La viscosidad cinematica varia en los gases con la presin y la temperatura, mientras que, en los liquidos se puede decir que su cambio se debe solo a la temperatura.

En cambio, la viscosidad dinmica , este trmino es frecuentemente llamado viscosidad o viscosidad absoluta. Es la friccion interna de un lquido o su tendencia a la resistencia de un flujo (Bourne, 1982)

IV. MATERIALES Y METODOLOGIA

4.1. MATERIA PRIMA

Muestras de fluidos alimenticios: yogurt, frugos (jugo de fruta)

4.2. MATERIALES

Vaso de precipitado de 500ml. y 100ml. Pipetas graduadas a 10ml, beaker Cronometro Probeta graduada a 500ml. 250ml. y 100ml. Marca NORMAX cdigo PRO0009 Canica (esfera generalmente de vidrio) Termmetro Brixometro Balanza analtica

4.3. METODOLOGIA

EXPERIMENTO 1: ESTUDIO DE LA ENERGA DE ACTIVACIN DEL YOGURT FRUTADO

1. Preparar la muestra en un vaso de precipitado de 500ml tome la temperatura2. Mida 250ml. De la muestra en un cilindro graduado.3. Vierta la muestra en el cilindro o probeta graduada hasta rebosar, coloque la esfera (canica) a temperatura inicial 10C4. cuando la esfera comience a caer por las lneas de medida que se encuentran al final del cilindro 5. registre el tiempo6. Lave el cilindro dejando caer el fluido a travs de un colador para impedir la perdida de la esfera7. Una vez limpio deje secar8. Realiza la misma prueba para otras temperaturas9. Realiza 10 repeticiones para reducir el error10. Cuando la muestra alcance la temperatura deseada realice el mismo procedimiento desde el paso 1 al 7 11. Repita el procedimiento a 20, 30, 40C para la misma muestra

EXPERIMENTO 2: DERTERMINAR LA DINAMICA DE LOS FLUIDOS (FRUGOS: JUGO DE FRUTA)

1. Preparar la muestra en un vaso de precipitado de 500ml tome la temperatura2. Mida 300ml. De la muestra en un cilindro graduado.3. Vierta la muestra en el cilindro o probeta graduada hasta rebosar, coloque la esfera (canica)4. cuando la esfera comience a caer por las lneas de medida que se encuentran al final del cilindro 5. registre el tiempo6. Lave el cilindro dejando caer el fluido a travs de un colador para impedir la perdida de la esfera7. Una vez limpio deje secar8. Realiza la misma prueba a temperatura ambiente9. Realiza 10 repeticiones para reducir el error

V. RESULTADOS Y DISCUSIONES

5.1. Determinar la Energa de activacin del yogurt frutado

Cuadro 1: Tabulacin de los datos obtenidos experimentalmente (masa versus tiempo)Temperatura10C20 C30C40C

masa del yogurtTiempoVelocidadTiempoVelocidadTiempoVelocidadTiempoVelocidad

gkgsm/ssm/ssm/ssm/s

264.960.264961.580.186075951.190.247058820.560.5250.590.498305085

264.950.264951.390.211510791.120.26250.750.3920.680.432352941

264.920.264921.250.23520.60.49

264.4460.264446

264.4440.264444

263.9320.263932

263.9360.263936

263.420.26342

263.420.26342

263.4140.263414

Cuadro 2: pendientes con los primeros datos

Cuadro 3: interseccin, pendiente, coeficiente.

temperaturas10C20C30C40C

A298.780332041.9268776.2641083.6

M-1126.91796-7720.588-33250-4111.8

r^20.9117916110.15724

Donde:

A = interseccinM = pendienter^2 = coeficiente de confiabilidad

Cuadro 4: la viscosidad para el yogurt a distintas temperaturas

T C10203040

k0.061578220.0089880.002087030.01688

Dnde:

K = viscosidad

Para hallar k aplicamos la siguiente formula general:

Hallamos k a 10C

Hallamos k a 20C

Hallamos k a 30C

Hallamos k a 40C

Cuadro 5: Variables que van a determinar la pendiente

T283293303313K

1/T0.0035335690.003412970.003300330.003195k-1

k0.061578220.008988120.0020870260.016877Pa.s

lnk-2.787447049-4.7118512-6.172015376-4.08183

Cuadro 6: Reemplazando datos para hallar la energa de activacion

R 8.3143j/mol.k

m4966.626117

r^20.265065994

Ea41294.01953J/mol

RESPUESTA41.29401953KJ/mol

Donde la energa de activacin va ser igual a:

5.2. Determinar la dinmica de los fluidos en laboratorio

Necesitamos aplicar ciertas frmulas que a continuacin se redactan

a) Frmula para determinar la densidad (de la esfera y del lquido)

Dnde: = densidad m = masa v = volumen

b) Frmula para determinar la velocidad

Dnde: = velocidad d = distancia t = tiempo

c) Frmula para determinar la dinmica

Dnde:

v = viscosidad dinmicag = gravedade = densidad de la esferaf = densidad del fluido = velocidadR2 = radio de la esfera

d) Frmula para determinar el volumen de la esfera

Dnde:

v = volumen de la esfera = 3.1415r3 = radio de la esfera

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

VII. BIBLIOGRAFA

1. Robert L. Moutt. (2006). Applied Fluid Mechanics. 6 ed. Editorial Pearson, 640p2. Michael E. Aulton. (2004). Farmacia: las formas del diseo de la farmacutica. 2 ed. Editorial Elseiver Espaa. S.A. Madrid, Espaa.3. Bourne, Malcolm C. 1982. Food texture and viscosity. Editoral. Academic Press, Estados Unidos de Norte Amrica.Pg. 12