Práctica 5 Determinación de viscosidad

RESUMEN

En esta práctica se determinó la viscosidad de una sustancias problema; jabón líquido Viva. Se desarrolló un modelo matemático basado en el comportamiento de fluidos newtonianos en tubos concéntricos para calcular la viscosidad del fluido. Durante la práctica se realizaron mediciones para la sustancia problema con la ayuda de un reómetro a distintas velocidades.

INTRODUCCIÓN

La Reología es la ciencia que estudia la deformación y el flujo de los materiales. La Reología estudia principalmente fluidos que están formados por macromoléculas o que tienen estructura y que se conocen con el nombre genérico de fluidos no newtonianos o fluidos complejos. Estos materiales tienen características intermedias entre los sólidos elásticos y los fluidos puramente viscosos, por lo que también se conocen como fluidos viscoelásticos. La mayoría de los fluidos de importancia práctica son no newtonianos. (Instituto Politécnico Nacional, 2019).

La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Las moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven con una velocidad global menor, y viceversa. Estos choques permiten transportar cantidad de movimiento de una región de fluido a otra. Ya que los movimientos moleculares aleatorios se ven afectados por la temperatura del medio, la viscosidad resulta ser una función de la temperatura. (Darlington, 2020).

La viscosidad es una propiedad de los fluidos que es de gran importancia en múltiples procesos industriales, además de ser una variable de gran influencia en las mediciones de flujo de fluidos, el valor de viscosidad se usa como punto de referencia en la formulación de nuevos productos, facilitando la reproducción de la consistencia de un lote a otro. (Cenam, 2003).

Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano. Generalmente, el término no newtoniano se utiliza para clasificar todos los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de corte. (Darlington, 2020).

De acuerdo con la teoría básica de mecánica de los fluidos, los fluidos son deformados por esfuerzos cortantes originados por los gradientes de velocidad 0 tasa de cizalladura. (Instituto Politécnico Nacional, 2019).

Imagen 1. Fluidos viscosos no newtonianos reología de fluidos [figura]. (2018) recuperado de http://www.adareng.com/es/articulo/trasvase-de-fluidos-no-newtonianos/n-4

OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el comportamiento reológico de un fluido por medio de un reómetro identificando las variables involucradas, permitiéndose colaborar en conjunto.

OBJETIVOS PARTICULARES

Desarrollar un modelo matemático en función de las variables medibles en un reómetro que permita determinar el comportamiento reológico de un fluido problema identificando las variables involucradas permitiéndose la discusión de estas.
Identificar el comportamiento reológico a través de la construcción de un gráfico de esfuerzo de corte en función de la velocidad de corte en un flujo laminar.
Determinar experimentalmente la viscosidad aparente de un fluido problema e inferir teóricamente con el comportamiento reológico a través de un análisis gráfico apreciando la importancia de este.

MATERIALES Y EQUIPO

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Se utilizo un viscosimetro Brookfield LVT cuya aguja de operacion se sumergio dentro de un vas de precipitado de 600 mL Marca KIMAX lleno de jabon liquido VIVA para ropa.

Metodología experimental

RESULTADOS

DISCUSIÓN

(Moreno, 1981) La presencia de Silicatos alcalinos estima ser la causante del comportamiento no-newtoniano de los detergentes líquidos. Las características reológicas pseudoplásticas o tixotrópicas que presentan estos detergentes dependen de la naturaleza de los elementos tensioactivos presentes.

(Gutiérrez, 2003) Los agentes tensoactivos u otros agentes que se añaden a una emulsión para aumentar su estabilidad por acción interfacial son conocidos como agentes emulsificadores o emulsionantes. La cuestión de la estabilidad de los sistemas coloidales o de los sistemas con dispersión gruesa (suspensiones y emulsiones), es una de las cuestiones fundamentales de la química coloidal para mantener las características del coloide.

(Rodas, 2009) Se define a los compuestos tixotrópicos como coloides que pierden su resistencia al amasarlos con una posterior recuperación en el tiempo, con un contenido en agua próximo a su límite líquido. Los compuestos tixotrópicos tienen la facultad de dispersarse fácilmente en el agua, ablandar aguas duras, penetrar fibras y absorber impurezas.

El jabón utilizado para la práctica fue un jabon liquido VIVA para ropa el cual según las mediciones realizadas en la práctica presenta una viscosidad de 2.9237 mPas lo cual difiere con los datos de la hoja de seguridad la cual afirma que tiene un valor de 1800 mPas, por lo que consideramos que dicha viscosidad calculada procedía más a una lectura de viscosidad aparente así que nos remitimos a la literatura y la información proporcionada por el fabricante que en sus indicaciones nos dice que el producto contiene tensoactivos aniónicos que son capaces de cambiar la consistencia del fluido cuando este entra en contacto con el agua, separando su fracción líquida de su fracción sólida, situación que coincide con lo mencionado por Rodas (2009). Así como de silicatos de sodio los cuales según Moreno (1981) brindan las características de fluido tixotrópico o pseudoplástico al jabón.

Uno de los objetivos de agregar elementos tensioactivos a los jabones es aumentar la consistencia de la sustancia para que la fracción líquida no se pierda tan fácilmente hasta el momento de uso (Gutiérrez, 2003), ante ello por lo general se aumenta la viscosidad de los fluidos a valores mínimos de 2000 mPas.

Zambrano (2019), menciona que hay una gran variación en la viscosidad que presenta un fluido en torno a la relación entre los tensioactivos, electrolitos u otros polímeros, por lo que solo se llega a ver estos casos en el estudio de geles y cremas.

Mendez y Noriega (2009), en un estudio para caracterizar fluidos menciona que para caracterizar pseudoplásticos se puede utilizar la ley de Otswald para la viscosidad donde el coeficiente de potencia de la línea de tendencia es el valor “n” participante en la ecuación de la ley de viscosidad de Newton, el cual tiene que ser menor a 1, razón que coincide con lo obtenido con coeficientes de 0.5044 y 0.4224, dicho valor aumenta en función a la cantidad de lecturas que se realizaron, motivo por el cual la primera aguja tiene un valor más alto ya que se alcanzó a realizar más lecturas. Si del valor de viscosidad aparente obtenido y del aportado por el fabricante despejamos el valor de n de la ecuación de viscosidad de newton obtenemos que n es igual a 0.514936 lo que nos daría un porcentaje de error de 2.04622% y 34.8982% de forma correspondiente.

También cabe mencionar que según las indicaciones del fabricante del viscosímetro utilizado para la práctica si se quiere caracterizar a un fluido como pseudoplástico o como tixotrópico es necesario hacer mediciones extra como realizar mediciones a baja velocidad luego realizar un intermedio de velocidad más alto y después volver a medir la viscosidad a baja velocidad, o realizar las mediciones de orden ascendente en las revoluciones, o realizar mediciones por un tiempo prolongado(10-15 min), consideraciones que no se tomaron en cuenta para esta práctica, por lo que clasificamos a este fluido como pseudoplástico por la curva característica obtenida y debido a la falta de lecturas que nos permitan definirlo como tixotrópico.

CONCLUSIÓN

Se realizó la medición de la viscosidad aparente de una muestra problema (jabón líquido), la cual en base a la literatura consultada podemos afirmar que es una sustancia coloidal de consistencia gelosa, por la presencia de químicos como silicatos alcalinos y tensoactivos que lo caracterizan como un pseudoplástico, más sin embargo la falta pruebas a realizar durante la práctica nos limitan a no poder determinar más factores de la reología del fluido.

REFERENCIAS

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Brookfield, Engineering Laboratories, Inc (2017) BROOKFIELD DIGITAL RHEOMETER MODEL DV-III+ Operating Instructions Manual No. M/98-211-A0701
Cenam (Centro Nacional de Metrología). (2003). Laboratorio de viscosidad. Recuperado de: http://www.cenam.mx/fyv/viscosidad.asp
Darlington. (2020). Trasvase de fluidos no newtonianos. Recuperado de: http://www.adareng.com/es/articulo/trasvase-de-fluidos-no-newtonianos/n-4
Gutiérrez, C. (2003) "Caracterización de una emulsión obtenida con cera de caña y agua usando una solución de jabones de ácidos grasos como agente emulsificante." Centro Azúcar, vol. 30, no. 2, p. 21. Recuperado el 23 de Mrazo de 2020, de https://go.gale.com/ps/anonymous?id=GALE%7CA146790402&sid=googleScholar&v=2.1&it=r&linkaccess=abs&issn=02535777&p=AONE&sw=w
Méndez A., Noriega O., (2009). Comportamiento reológico de un fluido. Oaxaca, México: Ciencia y Mar, Vol. 36, Pag. 35-42. Recuperado de: https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/33959617/comportamiento_reologico_1_.pdf?response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DComportamiento_reologico_1.pdf&X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A%2F20200318%2Fus-east-1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20200318T145058Z&X-Amz-Expires=3600&X-Amz-SignedHeaders=host&X-Amz-Signature=d6454db310222516a0b03e9554d18802364c34717d3a63556b088e41387c3744
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Rodas M. (2009). Bentonitas. 23 de Marzo del 2020, de Clariant Sitio web: https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/56299534/Bentonitas_1.pdf?response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DBENTONITAS_BENTONITAS.pdf&X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=ASIATUSBJ6BAPYGDGZET%2F20200323%2Fus-east-1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20200323T200742Z&X-Amz-Expires=3600&X-Amz-Security-Token=IQoJb3JpZ2luX2VjEFQaCXVzLWVhc3QtMSJGMEQCIHq9PDTwbYsxL86Hc04Z8no35xvQu3b%2B6l8UDehloKOOAiAO2Dagj7NrSY5qcOA0Nrv7SkHptJbUjQzkIM%2Fy5gFa2Sq0AwhMEAAaDDI1MDMxODgxMTIwMCIM8G7kaw8gJDxYfkajKpEDjSf%2BjIqHz%2Fo19PfYSm92XZtHKYwLu0X4mlNWOF5PX%2FHGPlrRI2OPuUij4jcxLd8UtmrgFaSOuSyr6iZhNYY%2FMzCuD0GD3FLxLSuS8Za%2FZFrIAaRoJsMyKlEZaFoYV1JFha9HUphWKGmYpYqn7jBS%2FWUy5FAoLsBy%2FL7dAE2eFyUBnaMjrJ966Gnxwi4PMVULSAES7s4Pv%2B8ekwtPDFDgyrSRNtmDJfADSOCw7p5PslarjJ29sSxVBilf58p8P8hQaHt%2BhEw3oZcQJM2tMZHGxjRzy4%2F7WckRPL1Mlh6u9NhjbQfMj%2Fc9Bb5YjeJfcYE5UWlJXpvcOnzzY46TSP5E96NWeD57kaiDeaoA%2Bn5PMxgnOm%2Bgz%2B312aWZgKQ9DmrdxdyrCBvyCuGbeGi6YvE2v5Sz5mwmLxAU5SumGncD1YsSS7%2BF9fCW6Lk0kdqEVN5PS%2FpdK9PY7Q09wQ%2FDR3hwWJJNHax4CQMZXpEssK6UgY1iur4qu5Ixyhq0666rmi3O7XA%2BjI3K50yvYIXP3oxpCA8w%2BJfk8wU67AHLmUCPSO7LEiYL%2FticSddRnxqs2ZeHdMSpT%2BzULD2A0oOvhMMN%2FQQEmRxTyoKmTpUEKh9dJpD3TI9RIdAqJjCetUAfrrv%2FMsateclgAReCIbFGW2sCJ%2FxJcbXWkwaZKn9lMFn1I6tap4CRu1UJgYv5kSKUKQ2gO448gZv5JNYJEy94%2BJFEykp1ROOWX%2B1K%2BWQXqiX35sGKVbQJ2fgNHtXycASbla7R1YtUXN8UMUi1D4cW0BSEMe2HhQUk6siYLeBpkp4XuaTvBczAJMo6k%2BR7hsr1BEfr40dZLeymBUp0xSBzH%2FSx6L6698JJWQ%3D%3D&X-Amz-SignedHeaders=host&X-Amz-Signature=470842fbcf6435d7f429e7caa9f870de1c6fca02ad71ed94cd2cbc08df3d7f17
Zambrano Y. (2019). Atributos de los jabones líquidos y la decisión de compra de los usuarios de la empresa Salud, Equilibrio, Bienestar y Energía S.A.C.. UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN, 70-72. Recuperado de: http://200.60.81.165/bitstream/handle/UNE/3144/TM%20AD-Ad%204247%20H1%20-%20Hilario%20Zambrano.pdf?sequence=1&isAllowed=y

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