#- 9 Pakunah Civil pm Ia Calidad &lucatin Rqilond Escuel¿ Profesional de Ingenierh Química
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#- 9
Pakunah Civil pm Ia Calidad &lucatin RqilondEscuel¿ Profesional de Ingenierh Química
Programa:
Desarrollo de Capacidades Cientifrco-Tecúológicas
Hnstrumento:Laboratorio Ambulante
ftfl?AruL$AL DH GPÉRACf,Ürun¡ÓnULO: viscosírnetro de tubo capílar
cóu¡cc: vG3 @
irtMA'S UAL DE flIf l,,iRACI Ó!U
Viscosímetro de tubo capilar
Arizaca Caflata, Luz MarinaCalderón Velasco, Gloria
García Baciiio, NadirGómez Caza, EraulioPinto Arisaca, Raúl
Rosell Gutiérrez, María de Fátima
Viscosímetro de tuboCODIGO INTERNO
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
ESCUELA PROFESTONAL DE tNGENIERía QUírvlrcn (Eplo_uNsA)ASIGNATURA: OPERACIONES UNÍTAR|AS I ADOCENTE RESPONSABLE: ESPERANZA MEDINAESTUDIANTES A CARGO:
./ Arizaca Callata, Luz Mai-ina,/ Calderón Velasco, Gloria./ García Bacílio, Nadir Ruth'/ Gómez Caza, Braulior' Pinto Arisaca, Raúl{ Rosell Gutiérrez, María de Fátima
PROVEEDORES
AREQUIPA. PERU
MODELO Y DISENO
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I
ESPECI FICACION ES ELÉCTRICAS
MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN Tubos de vidrio
CAPACIDAD MAXIMA
M¡Aru{.JAt DE OPERACIÓru
Viscosímetro cle tubo capil.rr
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LEYENDA
Tubo de vidrio de r.6 mm de diámetro@Abrazadera.
Tubo capilar de 4mm de diámetro ra el submódulo con agua.tubo .rpih, d" +** d" díárutro@Centímetro.Tabla que contiene las densidades j. dirti,,t* fl".,d*Tubo de vidrio de 16 mm de diámetroffi
SVIAN I-JAI- SE SPE RAE! O ru
Viscosímetro cle tr-lbo caPilar f
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LEYENDA
Mangueras
ión de la burbuja de aire
Llaves de desacrga
LEYENDA
Pizeta.
t-laves de ingreso
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La máquina está compuesta por 2 submodulos primordiales:
1. Submódulo 1 el cual permite hallas la viscosidad del fluido 1 (agua).
2. Submódulo 2 que permite determinar la viscosidad del fluido 2 (aceíte).
Para ambos submodulos el sistema de operación es el mismo
1) Antes de hacer uso del modulo se debe revisar que los tubos tanto vertícales como el tubocapilar deben estar en buenas condiciones para evitar fugas del fluido a utilizar.
2) Debemos verificar que las válvulas de descarga y de operación estén cerradas cuandoagreguemos el líquido, para evitar posibles derrames.
3) Una vez que hemos asegurado todas las llaves agregar el liquido que vamos usar para la
experimentación en el tubo A; con su respectiva pizeta.
4) Cuando el líquido ya está en el tubo A, abrir la llave de paso para que el fluido se desplace altubo B; de tal manera que exista una diferencia considerable de altura entre el líquido del tuboA con respecto a la del tubo B, luego cerrar la llave de paso.
5) En el punto de inyección, con una jeringa ínyectar aíre de un vofumen aproximado de 0.05 ml.6) Abrir la llave de paso, de tal manera que la burbuja de aire avance hasta el punto inicial en el
tubo capilar, cerrar en ese instante.
7) Seguidamente medir la altura de cada tubo (tubo A y tubo B), para obtener la diferencia dealtui'a inicial (ho).
S) Cuando ya estén todos los pasos anteriores realizados, abrimos la llave de paso para que la
burbuja pueda correr desde el punto inicial hasta el punto final; se cierra la llave de paso
inmediatamente que la burbuja llega al punto final del recorrido, simultáneamente tomar el
tiempo del recorrido de la burbuja de aire.
9) Para continuar tomando las medidas se tiene que hacer regresar la burbuja de aire hasta la
posíción inicial; esto se lográ de la síguiente manera:
Primero ," ¿.¡. cerrar la llave de ingreso del tubo A, enseguida se abre la llave dedescarga, luego la llave de paso y cuando la burbuja llega al punto inicial se cierra la llavede paso seguídamente la llave de descarga.
10) Para continuar con la toma de datos abrir la llave de íngreso de! tubo A; repetír los pasos 6, 7,g
y9.
11) El paso 10 se tiene que realízar tres veces como mínímo para obtener nuestro cuadro de datos.
12) Una vez termlnado de usar el rnodulo experirnental se debe limpiar para pcCer guardarlo en^^i^-^- -^^)i-¡^^^-r ¡ ¡gJvi sJ Lgt ¡u¡Lrur rg).
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MAIVI.JAL DE OPERAC!ÓN
Viscosímetro de tubo caPilar
Al culminar una experiencia cerrar la llave de ingreso tanto del tubo A como la del tubo B; para
evitar que el polvo ingrese en ellos, contaminando el fluido.
Al culminar el uso del equipo, vaciar los fluidos, para evitar que estos puedan derramarse o
puedan causar alguna avería.
Mantener en un lugar seguro y libre de polvo, ya que este puede meterse en el capilary causar
errores en la toma de datos en les experiencias a realizar.
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MANUAL DE OPERACNÓh¡
Viscosímetro de tubo caPilar
MATERIAL CANTIDAD cosTo PRECIO
uNrrARlo s/.TOTAL S/.
tr¡ho canilar 1 5.50 5.s0
cañería de vidrio 2 20.60 41,.20
equipo de venoclisis 8 1.s0 12.00
tennRa 2 0.50 1.00
abrazaderas 10 0.s0 s.00
gigantografia (fondo de
modulo)
1 20.00 20.00
madera de melanine 1 15.00 15.00
triplev 7 10.00 10.00
tapacantos t 3.00 3.00
tornillos 3 docenas 1.00 3.00
cartón 1 4.s0 4.50
terocal 1 5.00 s.00
chínches 1 caja 1.00 1.00
insumo (aceite y agua) 7)o^ 3.80
corte de tubos de vidrio 3.00 3.00
armella 3 0.50 1.50
Total 134.50
Fundamento teórico:
1.. VTSCOSTDAD
La viscosidad es la oposic¡ón de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluidoque no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidospresentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximaciónbastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos enmovimiento, ya que cuando elfluido está en reposo, la superficie permañece plana.
r Graficar altura vs velocidad (h Vs v):
'/ = cL-X +b
+
&3
c Calculo de la viscosidad:
ar3 nJsAl graficar altura vs velocidad obtenemos una línea recta cuya pendiente es proporcional a la fi .l t rtl 'viscosidad y cuya ordenada en el origen es el exceso Aps/bgl de presión en el interior d,e la , L,r.Lfburbuja de aire debido a ta tensión superriciat deilírquido.
d = t cf,ic":):r"í)l*¡, yv\.
La ecuación de la recta es de la forma: , *¿Lc=n:" "
I : /"\rgiL'¿ aLo'Lóo? ¿'¿'''?'^ / '^ o '' /^ '\
Donde: ' /7 = *'#';f;;,4 ,"h = altura
v=verocidad t!- 3(¿-4)Tt ' aP' zti"e/¿¿ ctL /i'?t-'-Ha
,q¡l' Hm =nonr{i¡ntaA = intercepto
Porconsiguiente: t =4 V ¡¡-&;l':ff! ' Fg
t.
fl.t ¡a-/h"" t"P"A. o5 {WL' '
mFgR"Despejando hallamos la viscosidad: ?'l = E(L-d.i
PROCED' IVl ! EiVTO OPERACIO NAL:
1) Antes de hacer uso del rnodulo se debe revisar que los tubos tanto verticales como el tubo
capilar deben estar en buenas condiciones para evitar fugas del fluido a utilizar'
Z) Debemos verificar que las válvulas de descarga y de operación estén cerradas cuando
agreguemos el líquido, para evitar posibles derrames.
3) Una vez que hemos asegurado todas las llaves agregar el liquído que vamos usar para la
experimentación en el tubo A; con su respectiva pizeta'
4l Cuando el líquido ya está en el tubo A, abrir la llave de paso para que el fluido se desplace al
tubo B; de tal manera que exista una diferencia considerable de altura entre el líquido de!tubo
A con respecto a la del tubo B, luego cerrar la llave de paso.
5) En el punto de inyección, con una jeringa inyectar aire de un volumen aproximado de O.O5 ml'
6) Abrir la llave de paso, de tal manera que la burbuja de aire avance hasta el punto inicial en el
tubo capilar, cerrar en ese instante.
7) Seguidamente medir la altura de cada tubo (tubo A y tubo B), para obtener la diferencia de
altura inicial [ho).
8) Cuando ya estén todos los pasos anteriores realizados, abrimos la llave de paso para que la
burbuja pueda correr desde el punto inicial hasta el punto final; se cierra la llave de paso
inmediaiamente que la burbuja llega al punto final del recorrido, simultáneamente tornar el
tiempo del recorrido de la burbuja de aire.
g) para continuar tomando las medidas se tiene que hacer regresar la burbuja de aire hasta la
posición inicial; esto se logra de la siguiente manera:
primero se debe cerrar la llave de ingreso del tubo A, enseguida se abre la llave de descarga,
luego la llave de paso y cuando la burbuja llega al punto iniciai se cierra ia llave de paso
seguidamente la llave de descarga
10) para continuar .on l. to*u de datos abrir la llave de ingreso del tubo A; repetir los pasos 6,7,8 y
9.
11) El paso 10 se tiene que realizar tres veces corno mínimo para obtener nuestro cuadro de datos.
12) tJna vez terminado de usar el modulo experimental se debe limpiar para poder guardarlo en
mejores condiciones.
PRÁCTICA N9 1:
VFCOSÍMETRO DE TUEO CAPILAR
Objetivo:
Deterrninar la viscosidad del fluido problema mediante el modulo experimental
Construir la grafica que relacione la altura vs la velocidad de la burbuja.
Materiales:
* Modulo exper¡mental: viscosímetro deltubo capilar.
'# Cronometro.
4 Jeringa de 1ml.* t'"'1"'ff:;.
Procedimiento experimental: ..
1. - En el punto de inyección, con una jeringa inyectar aire de un volumen aproximado de 0.05 rnl.
Formándoseunaburbujadeaireeneltubocapilar.
2.- Abrir la llave de paso, de tal rnanera gue la burbuja de aire avance hasta el punto inióial en el tubo
capilar, cerrar en ese instante.
3.- Mediante la pizeta que contiene el fluido llenar el tubo vertical A. Cuando el liquido ya está en el
tubo A, abrir la llave de paso para que el fluido se desplace al tubo B; de tal m?nera que exista una
diferencia considerable de altura.
4.- Seguidamente medir le altura de cada tubo (tubo A y tubo B), para obtener la diferencia de altura
inicial (h"),
5,- Seguidamente abrimos la llave de paso para que la burbuja pueda correr desde el punto inicial
hasta el punto final; se cierra la llave de paso inmediatamente que la burbuja llega al punto finaldel
recorrido, simultáneamente tomar eltiempo del recorrido de la burbuja de aire.
6.- Para continuar tomando Ias medidas se tiene que hacer regresar la burbuja de aire hasta la posición
inicia l.
7.- Asísucesivamente se hace la experiencia varias veces teniendo diferentes alturas y tiempos que nos
permitan la construcción de la grafica.
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Procesam iento de datos:
Construcción de grafica ahura vs velocidad
Mediante la pendiente se determina la viscosidad
Concludatités:
Bibliogr?fia:
Cuando representamos la díferencia de presión ñ en cm de líquido en el eje Y y la velocidad y en cm/s en
el eje X obtenemos una línea recta cuya pendiente es proporcional a la víscosidad y cuya ordenada en el
origen es el exceso Apt/(pg) de presión en el interior de la bgrbuja de aire debido a la tensión superficial
del líquido.
a) para hacer el díseño del modulo seguimos los siguíentes pasos:
1. cotización de precios de todos los materíales a usar.
2' Compra de todos los materiales utilizados en la fabrícación del modulo.
3. Los tubos de vidrio y el capílar, se tuvieron que cortar, la tubería de 16 mm de diámetro en 4partes y el tubo capilar de 4 mm de diámetro, en Z partes.
4' Una vez cortados el tubo de vidrio y el tubo capilar, El tubo de vidrio se une con el tubo capilar
mediante una manguera de venoclisis y este iubo capilar se une a un segundo tubo de vidrio
mediante otra manguera de venoclisis.
En la manguera que une al tubo capilar con el segundo tubo de vidrio se coloca una llave que va
ser llamada llave de paso. Y en la manguera que une el primer tubo de vidrio con el capilar le
colocamos otre manguere que tiene una llave por donde se va extraer- el líquido una ves
terminada la experiencia.
Se hace lo rnismo con el submoculo 2.
Cuando ya estén bien unidas las tuberías con las mangueras y revisando gue no hayan fugas
entonces se procede a ensamblarlo en la base. la base esta forrada con una gigantograf¡a que
contiene centímetros donde se van a ubícar las tuberías y los capilares respectivamente.
Las tuberías se sujetan a la base mediante unas abrazaCeras, asegurándose que estén bien
ajustadas para que los tubos no se vayan a caer.
5.
6.
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!-o, =grtL -aí*- 8r(¿ - d) jü3v =8ry(¿= d) ,, r- ve.(co ,-'r ) ¡ql rü,+ frx
Siendo r¡ la víscosidad desconocida del fluido
b) Movimiento delaire de la burbuia:
De modo análogo, aplicamos la ley de Poiseuille a la porción aire en el interior de la burbuja de longitudd, que se desplaza con velocidad v por el interior del tubo.
. bn'dAp¡ = F"
5i e n do r1' =1.7 2'LQ-5 ke/(m's) la viscosidad de I ai re
c) El exceso de presión en el interior de la burbuia de aire:
El exceso de presión en una burbuja esférica de radio R en el interior de un líquido de tensión superficial
Y es:
i;yLpz=t'(rorfl-cosár)
Donde: Q7y A2son los ángulos de contacto. La diferencia de presión pA-pB entre los extremos cieitubohorizontal es:
Cuando la burbuja no es esférica, sino de la forma mostrada en la figura, la expresión es:
y',v-*?o,8, +Lpr+Lp"
Dado que la viscosidad de! aire q'es muy pequeña, del orden de 10-5 comparada con la viscosidad q deun líquido como el agua del orden de 10-3 y por otra parte, la longitud de la burbuja de aire d es deiorden de 1cm frente a L que es del orden de un metro, podemos despreciareltérmino Ap2 frente a lasotras contribuciones.
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7. Al finalizar el ensamblado de todo el circuito en la base, ya se puede hacer el procedimiento
experimental.
g.- ATGORITMO DE SO
. La longitud que recorre la burbuja de aire en el tubo capilar horizontal se ha fijado en L=...60
cm...
. El radio del tubo horizontal se ha fijado en R=....-...-..'..
o La longitud de la burbuja de aire se ha fijado en É.....-.............. Gravedad g =.............. Densidad del liquido p =................
NO DE
LECTURA
ALTURA
(h)(cm)rEMPO (g)
( see)
1
2
5
4
5
6
t\to ñtrII VL
LECTURA
AL I UIfA
ih)(cm)
?r Fi ¡^^ t^lirErvu-u [vi( seg)
VELoCIDAD (v)
(cm/seg)
t2
3
4
5
G
.€ =rr- r*t-EÉr.'-..-
Algraficar altuft¡ vs velocidad obtenemos una línea recta cuya pendiente nos s¡rve como dato
para determinar la viscosidad del fluido y cuy.q=gt¡denadl_g¡1 el origen es el exceso Ap3/(pg) de
presión en el interior de la burbuja deiáire debüo a'ta iénsión superficial del li,quldo.
!1r'= :
La ecuación de la recta es de la forma:t
fu= =- *,g-...in:;;": i- l
Donde:
h = alturaA = intercepto
Por consiguiente:
ci! -,¡i11u-- qr I*t--¿¡l - fgR=
i.¡ --1 --
r¡ =pendientev =velocidad
¡,
b,:
l-!
Despejándo hallamos la viscqsidad : _¡f
rfipBR2ñ:-'¡ 8(r-d). i-.
,.. 'í.
ALGOR¡,TMO D E SOLUCION: :.:,1
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INFORME TECNICO
1.. SUSTENTAC'óN TE
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. La viscosidad sólo semanífiesta en líquídos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo, la superficie permaneceplana.
Desplazamiento de una burbuia de aire en un tubo capilAr:
5e dispone horizontalmente un tubo de vidrio (capilar) de'pequeño diámetro y longitud L, Los extremosA y B del tubo se conectan a dos recipientes grandes. Se llena el dispositivo con el líquido cuyaviscosidad se desea medir de modo que una burbuja de aíre permanezca en su interior del tubohorizontal,
Sea h la diferencia de las alturas entre los niveles'de líquÍdo en los dos depósitos. Cuando se abrensimultáneamente las llaves en los extremos de los depósitos, la burbuja tiende a moverse a lo largo deltubo horizontal con velocidad constante v. Vamos a relacionar la diferencia de alturas h con la velocidadv con la que se desplaza de la burbuja de aire en eltubo horizontal.
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. ' .,;,:i.' .:r,:.
,;,,ii ,i, ;+ .,i::,; li;"liiii:itiiL::
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--+i,lx----_--..|
A, B
a) Movimiento del líquido: 2-6 = ll7¿V
-a ley de Poiseuille afirma que el gasto G= nR2v es proporcional a la diferencia de presión. Como hayíquido en la porción L-d del tubo y el fluido se mueve con velocidad (media) v.
d:2
L