Guía Práctica 01-Determinación experimental de la viscosidad de fluidos-Ley de Stokes

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 01
ASIGNATURA: Bioquímica Agroindustrial
“Determinación experimental de la viscosidad de fluidos-Ley de Stokes”
I.
INTRODUCCIÓN
La viscosidad es un parámetro de los fluidos que tiene gran importancia, pues tiene muchas aplicaciones
industriales y agroindustriales, particularmente en los fenómenos de transporte, de fluidos diferentes dela
agua, como leche, miel, resinas o gomas, aceites, almíbares, salmueras, etc., que son usados en la
fabricación de múltiples tipos de alimentos. Está demostrado, que la viscosidad de las sustancias puras,
muestra variaciones importantes con la temperatura, y, en menor proporción con la presión. Un efecto
muy notorio, relacionado con la facilidad o dificultad de un líquido a escurrir, está en estrecha función con
su viscosidad. Entonces, la viscosidad, se define como la propiedad física, de gran importancia que
caracteriza la resistencia de los fluidos a desplazarse. Para ciertos fluidos (líquidos), la viscosidad es
constante, dependiendo solo de la temperatura y presión, denominándose fluidos Newtonianos,
mientras los líquidos que no siguen esta relación proporcional, se conocen como fluidos noNewtonianos. Existen dos tipos de viscosidad, la primera es la viscosidad dinámica, siendo la
propiedad de los fluidos caracterizados por tener resistencia a fluir, en razón al rozamiento entre sus
moléculas. En el Sistema Internacional (SI). se mide en Pascales segundo, pero la unidad más utilizada
es el centipoise (cps), equivalente a 1mPa s; la segunda, es la viscosidad cinemática, que es el cociente
entre la viscosidad dinámica y la densidad, y que se mide en centistokes. Por lo manifestado, la presente
sesión práctica se constituye en una de mucha importancia para el estudiante de Ingeniería Agroindustrial.
II.
OBJETIVOS
2.1. Conocer y comprender la metodología para la determinación de la viscosidad dinámica y cinemática
de fluidos de uso agroindustrial, basado en la ley de Stokes.
2.2. Conocer los equipos y materiales utilizados para la determinación de las viscosidades dinámica
y cinemática de los fluidos.
III.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA (MARCO TEÓRICO)
IV.
MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. Materiales:
- Muestras de fluidos (500 mL): Aceite comestible, miel, zumo de frutas, jabón líquido
- Canica de acero inoxidable o vidrio
- Probetas de vidrio o plástico: 1 por cada fluido
- Vasos de precipitación de 500 mL: 3 unidades
- Cernidor o tamizador medio o fino
- Regla graduada o cinta métrica
- Plumón de tinta indeleble
- Mandil
- Guantes
- Mascarilla
- Cofia
4.2. Equipos:
- Balanza analítica
- Vernier o pie de rey
- Cronómetro
- Termómetro
- Termohigrómetro
- Cámara fotográfica (celular)
4.3. Metodología:
Los estudiantes ingresarán al laboratorio puesto el mandil, donde cumplirán con las medidas de
bioseguridad, que son necesarias para desarrollar la práctica de laboratorio, según la metodología
mostrada en la guía de práctica.
Preparación de las muestras de los fluidos:
Se debe llevar a refrigerar las muestras de fluidos de uno de los grupos hasta 5-8°C, y, las muestras
de fluidos de otro grupo, deben calentarse hasta 60-70°C. Otro grupo trabajará a la temperatura del
laboratorio.
1
Determinación de la densidad de fluidos desconocidos:
Si se trata de fluidos desconocidos, cuya densidad no sea conocida, es necesario proceder a su
cálculo, para ello:
a. Pesar la probeta bien seca y vacía. Anotar el dato.
b. Llenar con el fluido a experimentar, la probeta, hasta el volumen de 500 mL.
c. Volver a pesar la probeta con el fluido experimental. Anotar el dato, y obtener el peso neto del
fluido, restando al valor del peso de la probeta + fluido, el peso vacío de la probeta. Anotar el
dato.
𝑚
d. Calcular la densidad usando la ecuación: 𝐷 = , donde D es la densidad, m es la masa del fluido,
v
y, v es el volumen medido previamente. Expresar el resultado como g/mL, y, convertirlo en kg/m3.
Determinación de la viscosidad:
La determinación de la viscosidad, se hará mediante la aplicación de la Ley de Stokes.
a. Señalar, con el plumón indeleble, una marca de 10 cm aproximadamente, medidos desde el borde
de la probeta.
b. Medir con la cinta métrica, de forma exacta, la distancia que hay entre la marca y el extremo de
la probeta, y el resultado lo consignará como h. El resultado será en cm, pero debe transformarlo
en m. Anotar el dato.
c. Llenar la probeta con el fluido a experimentar.
d. Medir el radio el diámetro de la canica y dividirlo entre 2, para obtener el radio (r).
e. Luego con mucho cuidado, sujetando la canica con los dedos, soltarle desde el borde de la
probeta hacia el interior del fluido, teniendo el cuidado de hacerlo en el centro del fluido.
f. En el momento que llegue a la marca, activar el cronómetro, y desactivarlo cuando llegue al fondo
de la probeta. Anotar el tiempo que marcar el cronómetro (s). Realizar esta acción con mucho
cuidado y concentración para evitar mayores errores. Si hay problemas con la toma de datos,
repetir el procedimiento.
g. Luego, proceder a calcular las viscosidades, mediante las siguientes ecuaciones:
2 (𝐷𝑒 −𝐷𝑓 )
µ=9
𝑉𝑇
𝑔 𝑟2
(1)
Donde:
µ es la viscosidad cinemática (Pa s); De es la densidad de la canica (kg/m3); Df es la densidad
del fluido (kg/m3), VT es la velocidad terminal (m/s), g es la gravedad (9.8 m/s2); y, r es el radio
de la canica (m).
h. Luego para obtener la viscosidad dinámica, se debe usar la siguiente ecuación:
µ
ʋ=
(2)
𝐷𝑓
Donde:
ʋ es la viscosidad dinámica (m2/s); µ es la viscosidad cinemática (Pa s); y, Df es la densidad del
fluido (kg/m3).
El resultado saldrá en m2/s, pero debe expresarse como centistokes (cSt).
V.
RESULTADOS
Anotar sus observaciones y presentar los resultados encontrados en forma textual, tabular, gráfica,
fotográfica, etc.
VI.
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Discutir en base a los resultados obtenidos, y, al rendimiento de la oleorresina obtenida con
respecto aotros autores, o, tipos de solventes empleados.
VII. CONCLUSIONES
VIII. RECOMENDACIONES
IX.
CUESTIONARIO
9.1. Investigue sobre la importancia de la viscosidad de los fluidos, citando 2 aplicaciones en la Ingeniería
Agroindustrial.
9.2. ¿Qué otros métodos existen para determinar la viscosidad de los fluidos?
9.3. Liste 5 fluidos newtonianos y 5 no newtonianos que se usan en la Agroindustria.
X.
BIBLIOGRAFÍA
XI.
ANEXOS (opcional)
2