Overview
Fuente: Michael G. Benton y Kerry M. Dooley, Departamento de ingeniería química, Universidad Estatal de Louisiana, Baton Rouge, LA
La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a fluir, y es un parámetro útil en el diseño de procesamiento de productos eficiente y control de calidad en una amplia gama de industrias. Una variedad de viscosímetros se utilizan para obtener una lectura más precisa de materiales experimentales. El método estándar de medir la viscosidad es mediante un viscosímetro de tubo de vidrio, que se calcula la viscosidad mediante la medición de la cantidad de tiempo que tarda el líquido fluya a través de un tubo capilar de vidrio1.
Viscosímetros rotacionales funcionan mediante la aplicación de las fuerzas de corte y midiendo el tiempo que tarda un flujo1. Estos viscosímetros hacen uso de la fuerza que fluye el líquido, y puede utilizar un sistema de resorte o un sistema Codificador digital de1. Diferentes sistemas de medición existen, con el estándar es un sistema de cono y plato, donde el fluido circula bajo la forma de cono y la placa, con el fin de minimizar la tensión de esquileo de1. Sistemas de placas paralelas utilizan dos placas paralelas y es ideales para medir a través de gradientes de temperatura, permitiendo una transición1. Couette sistemas utilizan una taza y el material de relleno y el líquido fluye entre los dos1. Estos sistemas son los mejores para materiales de baja viscosidad, ya que este sistema reduce al mínimo la tensión de esquileo, pero el sistema es también más difícil de operar rutinariamente debido a problemas con la limpieza y la necesidad de mayores volúmenes de fluidos1.
En este experimento, se utilizará un viscosímetro de Cannon-Fenske para medir las viscosidades de varias soluciones de glicol de propileno para determinar la relación entre la viscosidad y composición.
Principles
Viscosidad cinemática es la relación de la viscosidad dinámica a densidad. La relación de esfuerzo cortante a la tarifa del esquileo es la viscosidad dinámica de un fluido, que es una medida de la resistencia a la deformación en el flujo laminar de un fluido newtoniano. Esta relación es exclusiva de la concentración, la viscosidad cinemática y viscosidad cinemática, que permite la interpolación de una variable desconocida teniendo en cuenta dos variables.
Temperatura, densidad y composición pueden crear cambios en la deformación del flujo. La presión es insignificante en fase líquida de fluidos, por lo que no factor en este experimento. Viscosidad cinemática puede medirse usando un viscosímetro debido a la relación presentada en la ley de Hagen-Poiseuille, que expresa que la caída de presión es debido a la gravedad, viscosidad dinámica y viscosidad cinemática. Viscosidad cinemática se puede también relacionar con tiempo usando un específico constante del Viscosímetro a cada vaso capilar,
donde 
es la viscosidad cinemática, C es la constante del viscosímetro, y t es tiempo. Constantes de Viscosímetro generalmente son medidos y proporcionados por el fabricante del Viscosímetro. La ecuación anterior se utiliza para determinar viscosidad cinemática, que se puede convertir en viscosidad dinámica multiplicando por la densidad del fluido,
donde μ es la viscosidad dinámica, es la viscosidad cinemática, y ρ es la densidad. Esta información puede usarse para relacionar la concentración de soluto y viscosidad dinámica gráficamente.
El Viscosímetro de Cannon-Fenske es ampliamente utilizado para medir la viscosidad de diferentes soluciones. El viscosímetro se sumerge en un baño de agua grande que contiene una bobina de control de temperatura y aleta para mantener la constante thermoequilibrium. El tubo capilar constricts el flujo descendente del líquido, por lo que el tiempo requerido para que el líquido viajar a través de la región capilar se multiplica por la constante del Viscosímetro para dar la viscosidad cinemática. Cristalería capilar más grande se utiliza para medir soluciones con viscosidades mayores. Soluciones más viscosas tardan más tiempo en viajar a través de un vaso capilar. Esta información puede utilizarse para comparar a lo desconocido a concentraciones conocidas.
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Procedure
1. preparar el Viscosímetro
- Preparar siete soluciones con diferentes concentraciones de propilenglicol en el agua (entre 0 - mole 100% polipropileno glicol). Todas las soluciones de la etiqueta. Estas se utilizarán para la calibración. Obtener una muestra de concentración desconocida y póngala a un lado
- Compruebe las muestras de pelusa, polvo u otro material sólido. Si es necesario, filtrar la muestra a través de un filtro de vidrio sinterizado o malla fina.
- Limpiar el Viscosímetro apropiado con agua y secar con aire filtrado para eliminar el rastro final de disolventes. Soluciones de viscosidad inferiores a utilizar material de vidrio capilar 50 tamaño, tamaño 100, se utilizará para la solución desconocida, y soluciones de viscosidad mayor utilizará vidrio capilar 150 tamaño.
2. carga el Viscosímetro
- Vierta la muestra en el Viscosímetro hasta que ocupa al menos la mitad del bulbo más grande. A continuación, limpie el brazo.
- Coloque el Viscosímetro en el soporte e introducirlos en el baño de temperatura constante. Alinear verticalmente con una pequeña sacudida en el tubo grande o utilizar un soporte de rótula.
- Permita que la muestra se equilibren a la temperatura del baño de agua. Permite aproximadamente 10 min para la muestra a la temperatura del baño a 40 º C y 15 min a 100 ° C.
- Succione el brazo y sacar el líquido en el tubo.
3. medición de la emanación
- Utilice un cronómetro y medir el tiempo requerido para el menisco de la muestra fluya entre las marcas indicadas. Este es el momento de la emanación
- Repita los pasos 6 y 7 para pistas duplicadas. Y repita todo el procedimiento para cada muestra.
La viscosidad es que una medida de la resistencia de un fluido al flujo y es un parámetro útil en el diseño de procesamiento de productos eficiente y control de calidad en una amplia gama de industrias. Viscosidad describe la fricción interna de un líquido móvil. Un fluido con una viscosidad alta resiste el flujo, mientras que un fluido con baja viscosidad fluye más fácilmente. Un viscosímetro de tubo de vidrio se utiliza comúnmente para determinar la viscosidad, que mide el tiempo que toma para que un fluido fluya a través de un tubo capilar. Viscosímetros rotacionales como con una geometría de placas paralelas, aplicar las fuerzas de corte y medir el par necesario para girar el líquido. Este video ilustra los principios de la viscosidad, muestra cómo utilizar un viscosímetro para determinar la concentración desconocida de una solución de glicol de propileno y analiza algunas aplicaciones industriales.
Para empezar, vamos a repasar los principios de la viscosidad. La viscosidad dinámica de un fluido describe la fuerza por unidad de área superficial, conocida como la tensión de esquileo, que es necesaria para mover el fluido, en este caso, paralelo a un plano. El líquido en contacto con la placa inferior se mantiene en reposo, y el fluido contacto con la placa superior es la misma velocidad que esa placa. Este gradiente de velocidad es debido a la fricción interna entre las capas de fluido y se conoce como la tasa de deformación de cizalla. La viscosidad dinámica se define como el esfuerzo cortante dividido por la tasa de deformación de cizalla. La viscosidad puede ser influenciada por la temperatura, la densidad del fluido y la composición. Cambios de presión, sin embargo, tienen un efecto insignificante. Una vez se conoce la viscosidad dinámica, viscosidad cinemática es la relación de viscosidad dinámica a la densidad del líquido. Se trata de una medida de la resistencia del fluido al flujo debido a la gravedad. Varios instrumentos de medida de viscosidad cinemática experimentalmente, como el Viscosímetro Canon-Fenske. Este aparato consiste en un baño de agua de gran temperatura controlada con aletas para mantener el equilibrio térmico constante. Se utilizan tubos capilares de diferentes tamaño dependiendo de la viscosidad del líquido aproximado. Usando este aparato, líquido es vertido en el tubo y aspirado más allá de las marcas grabadas. Luego, se mide el tiempo requerido para que el líquido a viajar hacia atrás a través del tubo capilar, conocido como el tiempo de la emanación. El tiempo de la emanación es entonces multiplicado por la constante de calibración del viscosímetro, que es específica para el vidrio capilar utilizado para dar la viscosidad cinemática. Ahora que conoces los fundamentos de la viscosidad, vamos a medir la viscosidad cinemática de soluciones de propilenglicol conocido para determinar la concentración de una muestra desconocida.
Iniciar el experimento preparando siete soluciones para calibración con concentraciones variables de agua y glicol de propileno. Todas las soluciones con la concentración de la etiqueta. Obtener una muestra de concentración desconocida y póngala a un lado. Revise todas las muestras de líquido para pelusa, polvo o partículas sólidas antes de usar y si es necesario, filtrar la muestra a través de un filtro de cristal centrado. A continuación, limpiar el Viscosímetro con agua y seque con aire filtrado. Recuerde utilizar el tubo capilar de vidrio de tamaño adecuado para el viscosímetro, que depende de la viscosidad de la solución a probar.
Ahora, vierta una muestra en el viscosímetro, luego limpie el brazo. A continuación, coloque el Viscosímetro en el soporte y colóquelo en el baño de la temperatura. Espere 10 a 15 minutos para permitir que la muestra se equilibren a la temperatura del baño. Succione el brazo y extraer la muestra en el tubo. Ahora toma un cronómetro y medir el tiempo requerido para que la muestra fluya libremente por el tubo capilar después de dejar el punto marcado. Este es el momento de su emanación. Repita el procedimiento para cada muestra. Ahora que se han medido todas las viscosidades, vamos a echar un vistazo a los resultados y determinar la concentración de la muestra desconocida.
Para encontrar la concentración de la muestra desconocida uso los datos de las muestras conocidas e interpolar la viscosidad de la solución desconocida. En primer lugar, determinar la viscosidad cinemática multiplicando el tiempo medido por la constante del Viscosímetro. Entonces convertir la viscosidad cinemática a viscosidad dinámica multiplicando por la densidad de masa. A continuación, trazar la viscosidad cinemática en función de la molaridad de las muestras conocidas. El gráfico muestra que la viscosidad aumenta con el aumento de la concentración de propilenglicol. Determinar la relación lineal entre concentración de propileno y viscosidad cinemática. Entonces, interpolar la concentración de la muestra desconocida con su viscosidad medido. En esta demostración, el desconocido muestra contenía 45% mol de glicol de propileno. Ahora que usted ha aprendido cómo la viscosidad se utiliza para determinar la concentración, vamos a examinar las muchas aplicaciones de la viscosidad en ajustes industriales.
Prueba de viscosidad es importante en muchos campos industriales que van desde la refinería de petróleo y la producción de células solares a la investigación y aplicaciones biomédicas. La medida exacta de la viscosidad en la industria petroquímica es de alta prioridad ya que se utiliza no sólo para determinar la composición del petróleo crudo, sino también para evaluar el control de calidad en productos petroquímicos. Viscosidad varía de crudo a hidrocarburos líquidos, y debe ser considerado para la extracción eficiente, manejo y condiciones operacionales de la refinería. Caracterización reológica de suspensiones concentradas también es obligatorio para el desarrollo de productos de aplicaciones que involucran fluidos complejos, como los utilizados en la metalización de las células solares. Las propiedades del flujo de pasta conductora deban ajustarse cuidadosamente para garantizar el procesamiento sin perturbaciones, defectos y prevenir la agregación de sedimentación y de la partícula. En medicina, micro técnicas reológicas son herramientas de diagnóstico que investigan la deformabilidad de los glóbulos rojos y detectan enfermedades de la sangre como anemia de células falciformes, que afectan la viscosidad de la sangre. Protocolos utilizando micro fluídicas con tasas de corte ajustable y procesamiento de imágenes se utilizan para determinar cuantitativamente la agregación de eritrocitos en la microcirculación. Estos protocolos se utilizan también para caracterizar tejido humano, como materia del cerebro, para mejor comprender la estructura y el ingeniero bio inspirado materiales.
Sólo ha visto la introducción de Zeus a la viscosidad. Ahora usted debe saber lo fundamental principios de viscosidad, poder utilizar un viscosímetro y comprender la importancia de la viscosidad en una variedad de aplicaciones. Gracias por ver.
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Results
En este experimento, se midió la viscosidad de varias concentraciones de glicol de propileno. Como era de esperar, la viscosidad fue encontrada para aumentar la concentración de propilenglicol. El tiempo de las soluciones muestra a recorrer el Viscosímetro se midieron y se utiliza para determinar la viscosidad cinemática. Numerosas medidas se tomaron para minimizar el error aleatorio.
La viscosidad cinemática se determinó el tiempo medido y la constante del Viscosímetro:
Entonces, la viscosidad cinemática fue multiplicada por la densidad a la viscosidad dinámica:
La concentración desconocida fue calculada y comparada con las soluciones de muestra conocida. Interpolación lineal se utilizó para estimar la concentración y la relación fue mejor ajuste a una función lineal (figura 1).
Para la ecuación anterior, se utilizaron dos conocidos puntos de concentración y viscosidad cinemática, y x fue fijado como la viscosidad medida de la solución desconocida. La solución fue solucionada y encontrar la concentración de la muestra desconocida. El Excel graficar la función también puede utilizarse para trazar una línea de tendencia a través del conjunto de datos y dar una ecuación de mejor ajuste.
Figura 1 : La relación entre la concentración de la solución y viscosidad demostró un ajuste lineal.
Este gráfico muestra que el logaritmo natural de viscosidad y composición siguen una relación lineal. Medida que aumenta la composición de solutos en una solución, también aumenta la viscosidad. Conocer esta relación, la concentración de la solución desconocida se encuentra fácilmente midiendo su viscosidad y relativos a la relación conocida entre la concentración y viscosidad. Puede mejorarse la precisión experimental más concentraciones conocidas de medición o mediante un termómetro más preciso.
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Applications and Summary
El objetivo de este experimento era poner a prueba la relación de viscosidad y composición utilizando la viscosidad de la sustancia desconocida para buscar su composición. Se analizaron una serie de soluciones de concentración conocida de glicol de propileno y una solución de concentración desconocida. Las relaciones entre la densidad, viscosidad dinámica y viscosidad cinemática se utilizaron para comparar las soluciones. Puesto que las soluciones se vuelven más viscosas como llegaron a ser más concentrados, hemos sido capaces de reducir la concentración de la solución desconocida a una gama pequeña. Interpolación lineal se utilizó para estimar la concentración y la relación fue mejor ajuste a una función lineal. Para este experimento, aumentar la precisión del termómetro podría han disminuido nuestra incertidumbre significativamente, ya que es la principal fuente de error. Más concentraciones podrían también se han probado para aumentar la precisión.
Viscosidad correcta es importante para una variedad de campos. En la industria alimentaria, alimentos deben controlar la viscosidad a lo largo de su creación es transportada a través de una instalación2. Estas mediciones se utilizan para maximizar la eficiencia del proceso y establecer estándares para producción2. La viscosidad es importante para la industria alimentaria porque determinará cuánto transporte de alimentos a través de una tubería o procesador tendrá, cuánto tiempo tomará alimento a secar, y el tiempo tomará para dispensar comida en envases para el transporte y venta por menor2 . Ingenieros a utilizar la viscosidad para maximizar el flujo del producto a través de tuberías con el fin de ahorrar energía y maximizar el producto, sin disminuir la calidad del producto final2. La viscosidad también es importante establecer estándares de seguridad para la fuerza que puede aplicarse a los materiales y productos sin dañar2.
En la industria del petróleo, la viscosidad es un importante control de calidad evaluación3. Cuando compra o procesamiento de petróleo crudo, las empresas deben medir la viscosidad para determinar el tratamiento adecuado3. La viscosidad proporciona información importante sobre la composición del petróleo crudo3. Aceite de diferentes composiciones se utiliza para crear diferentes productos3. Algunas refinerías sólo pueden procesar aceites de viscosidad, por lo que precisa es importante para determinar qué materiales puede utilizar para el refino de3. En refino de petróleo, la viscosidad del aceite se utiliza para planear los métodos más eficientes para la extracción, transporte y refinación del método3. Temperatura también puede tener un impacto sobre la viscosidad del aceite, por lo que deben establecerse controles para tener el aceite a una temperatura adecuada para su viscosidad3. Además, la viscosidad de un aceite determinará la forma en que se limpia en el caso de una fuga de3.
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References
- Basic Introduction to Viscometry." A Basic Introduction to Viscometry. N.p., n.d. Web. 7 Jan. 2017.
- Scientific. "What is Viscosity, and Why is Measuring Viscosity Important?" What is Viscosity, and Why is Measuring Viscosity Important? N.p., n.d. Web. 7 Jan. 2017.
- Applications." Anton Paar. N.p., n.d. Web. 13 Jan. 2017.
