Viscosidad de las soluciones de propilenglicol

La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido al flujo y es un parámetro útil en el diseño de procesamiento eficiente de productos y control de calidad en una amplia gama de industrias. La viscosidad describe la fricción interna de un fluido en movimiento. Un fluido con una alta viscosidad resiste el flujo, mientras que un fluido con una baja viscosidad fluye más fácilmente. Un viscosímetro de tubo de vidrio se usa comúnmente para determinar la viscosidad, que mide el tiempo que tarda un fluido en fluir a través de un tubo capilar. Los viscosímetros rotacionales, como los con una geometría de placa paralela, aplican fuerzas de cizallamiento y miden el par necesario para hacer girar el fluido. Este video ilustra los principios de la viscosidad, demuestra cómo usar un viscosímetro para determinar la concentración desconocida de una solución de propilenglicol y analiza algunas aplicaciones industriales.

Para empezar, repasemos los principios de la viscosidad. La viscosidad dinámica de un fluido describe la fuerza por unidad de superficie, conocida como esfuerzo cortante, que se requiere para mover el fluido, en este caso, paralelo a un plano. El fluido en estrecho contacto con la placa inferior permanece en reposo, y el fluido que toca la placa superior tiene la misma velocidad que esa placa. Este gradiente de velocidad se debe a la fricción interna entre las capas de fluido y se conoce como tasa de deformación por cizallamiento. La viscosidad dinámica se define como el esfuerzo cortante dividido por la tasa de deformación por cizallamiento. La viscosidad puede verse influenciada por la temperatura, la densidad del fluido y la composición. Los cambios de presión, sin embargo, tienen un efecto insignificante. Una vez que se conoce la viscosidad dinámica, la viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Esta es una medida de la resistencia del fluido al flujo debido a la gravedad. Varios instrumentos miden experimentalmente la viscosidad cinemática, como el viscosímetro Canon-Fenske. Este aparato consiste en un gran baño de agua a temperatura controlada con aletas para mantener un equilibrio térmico constante. Se utilizan tubos capilares de diferentes tamaños en función de la viscosidad aproximada del fluido. Con este aparato, se vierte líquido en el tubo y se succiona más allá de las marcas grabadas. Luego, se mide el tiempo requerido para que el fluido viaje de regreso a través del tubo capilar, conocido como tiempo de eflujo. A continuación, el tiempo de eflujo se multiplica por la constante de calibración del viscosímetro, que es específica del vidrio capilar utilizado para dar la viscosidad cinemática. Ahora que conoce los fundamentos de la viscosidad, midamos la viscosidad cinemática de soluciones de propilenglicol conocidas para determinar la concentración de una muestra desconocida.

Comience el experimento preparando siete soluciones para la calibración con diferentes concentraciones de propilenglicol y agua. Etiquete todas las soluciones con la concentración. Obtén una muestra de la concentración desconocida y déjala a un lado. Revise todas las muestras líquidas en busca de pelusas, polvo o partículas sólidas antes de usarlas y, si es necesario, filtre la muestra a través de un filtro de vidrio centrado. A continuación, limpie el viscosímetro con agua y séquelo con aire filtrado. Recuerde utilizar el tubo capilar de vidrio del tamaño adecuado para el viscosímetro, que depende de la viscosidad aproximada de la solución que se va a probar.

Ahora, vierta una muestra en el viscosímetro y, a continuación, limpie el brazo. A continuación, coloque el viscosímetro en el soporte e insértelo en el baño de temperatura. Espere de 10 a 15 minutos para permitir que la muestra se equilibre a la temperatura del baño. A continuación, aplique la succión al brazo y extraiga la muestra en el tubo. Ahora tome un cronómetro y mida el tiempo requerido para que la muestra fluya libremente por el tubo capilar después de salir del punto final marcado. Este es tu tiempo de eflusión. Repita el procedimiento para cada muestra. Ahora que se han medido todas las viscosidades, echemos un vistazo a los resultados y determinemos la concentración de la muestra desconocida.

Para encontrar la concentración de la muestra desconocida, utilice los datos de las muestras conocidas e interpole la viscosidad de la solución desconocida. Primero, determine las viscosidades cinemáticas multiplicando el tiempo medido por la constante del viscosímetro. A continuación, convierta la viscosidad cinemática en viscosidad dinámica multiplicándola por la densidad de masa. A continuación, trace las viscosidades cinemáticas en función de las molaridades de las muestras conocidas. El gráfico muestra que la viscosidad aumenta con el aumento de la concentración de propilenglicol. Determinar la relación lineal entre la viscosidad cinemática y la concentración de propileno. A continuación, interpole la concentración de la muestra desconocida utilizando su viscosidad medida. En esta demostración, la muestra desconocida contenía un 45 por ciento molar de propilenglicol. Ahora que ha aprendido cómo se usa la viscosidad para determinar la concentración, examinemos las muchas aplicaciones de la viscosidad en entornos industriales.

Las pruebas de viscosidad son importantes en muchos campos industriales, desde la refinería de petróleo y la producción de células solares hasta las aplicaciones biomédicas y la investigación. La medición precisa de la viscosidad en la industria petroquímica es de alta prioridad porque se utiliza no solo para determinar la composición del petróleo crudo, sino también para evaluar el control de calidad en los productos petroquímicos. La viscosidad varía desde el petróleo crudo hasta los hidrocarburos líquidos, y debe tenerse en cuenta para que las condiciones operativas de extracción, manipulación y refinería sean eficientes. La caracterización reológica de suspensiones altamente concentradas también es obligatoria para el desarrollo de productos de aplicaciones que involucran fluidos complejos, como los utilizados en la metalización de células solares. Las propiedades de flujo de las pastas conductoras deben ajustarse cuidadosamente para garantizar un procesamiento ininterrumpido y sin defectos y evitar la sedimentación y la agregación de partículas. En medicina, las técnicas microrreológicas son herramientas diagnósticas que investigan la deformabilidad de los glóbulos rojos y detectan enfermedades de la sangre como la anemia falciforme, que afectan la viscosidad de la sangre. Los protocolos que utilizan microfluídica con velocidades de cizallamiento ajustables y procesamiento de imágenes se utilizan para determinar cuantitativamente la agregación de glóbulos rojos en la microcirculación. Estos protocolos también se utilizan para caracterizar el tejido humano, como la materia cerebral, para comprender mejor la estructura y diseñar materiales bioinspirados.

Acabas de ver la introducción de JOVE a la viscosidad. Ahora debe conocer los principios fundamentales de la viscosidad, ser capaz de operar un viscosímetro y comprender la importancia de la viscosidad en una variedad de aplicaciones. Gracias por mirar.