Laboratorio Fisica 1 Viscosimentria

VISCOSIMETRIA

1. OBJETO DE LA PRÁCTICA.-

* Determinar la viscosidad de un liquido (fluido), para nuestro caso de estudio utilizaremos el shampoo.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.-

Los fluidos reales (líquidos y gases) presentan una resistencia al deslizamiento que se denomina viscosidad. No debemos confundir viscosidad con densidad, que es la masa por unidad de volumen; así el aguaes más densa que el aceite, pero este es más viscoso que aquella.
Se puede considerar la viscosidad como una fricción interna, es decir, una fuerza de roce entre una capa de fluido y otra. Se defina así el coeficiente de viscosidad n de un líquido, como la fuerza por unidad de área que se ejerce entre dos capas de un fluido situadas a la unidad de distancia y que se mueven una respecto a laotra, con la unidad de velocidad, entonces las unidades de n en el sistema c.g.s. serán:

Como el alumno lo verá en teoría, esta unidad se llama Poise.
Es de uso frecuente el milipoise (10-3 Poise).
Vamos a acercarnos ahora un poco más a la realidad a estudiar el movimiento de líquidos viscosos en tubos cilíndricos (cañerías), que son los que más se usan en la práctica. Si el tubo es dediámetro pequeño el movimiento ocurre así: En las cercanías de las paredes el movimiento es estacionario, (constante en el tiempo) y la velocidad muy pequeña, pero va creciendo hacia el centro del tubo donde es máxima.

Podemos dividir el tubo en capas cilíndricas muy finas y coaxiles, de manera que a medida que disminuyen de radio (se va acercando al eje) las velocidades en cada una de ellas aumenta.J.M. Poiseuille (1844) demostró que en t segundos, por un tubo de radio r, largo L y a una diferencia de presión p (que es la que provoca el movimiento) entre sus extremos, pasa un volumen V de líquido de viscosidad dado por:
Ecuación (1)
Para determinaciones de η (nu) más precisas, hay que hacer correcciones a esta fórmula, pues se dedujo para tubos muy finos y velocidades pequeñas.
Paradeterminar η de la ecuación (1), hay que conocer bien las dimensiones del tubo, que no olvidemos, debe ser capilar (radio muy pequeño) y además medir la diferencia de presión que mueve el líquido y el tiempo de escurrimiento. Esto ha sido hecho para algunos líquidos, pero el procedimiento es delicado, y se prefiere hacer determinaciones del coeficiente de viscosidad relativo al de un líquidopatrón conocido, el agua por ejemplo.

VISCOSIMETRO DE STOKES

Este viscosímetro permite medir el coeficiente de viscosidad en forma absoluta, sin la necesidad de conocer la viscosidad de otro líquido.
El físico inglés STOKES (1850) encontró que si una esferita de radio R se mueve en un líquido de coeficiente de viscosidad η, con una velocidad V, el líquido se opone a su movimiento con unafuerza dada por:
Ecuación (2)
Si la esferita cae dentro de un líquido viscoso, por la acción de la gravedad el movimiento al principio es uniformemente acelerado, por lo que la velocidad crece, pero al mismo tiempo crece Fs que se opone a la aceleración mas y mas, se llega así a un estado de equilibrio dinámico, en que la esferita sigue moviéndose pero con velocidad constante.En este momento las tres fuerzas en juego: el peso, el empuje del líquido (principio de Arquímedes) y la fuerza de Stokes, sumadas con su signo deben ser cero.
De esto se deduce que:
Ecuación (3)
V = Velocidad de la esferita cuando alcanza el movimiento uniforme.
Fe = peso específico de la esferita.
F = peso específico del líquido.

Si la esferitase desplaza una distancia H en un tiempo t (cuando ya tiene velocidad constante), su velocidad será:
Ecuación (4)
Pero en la práctica las cosas no son tan sencillas, Las fórmulas anteriores valen solo si el líquido no está encerrado en un recipiente, pues de lo contrario, el movimiento de la esfera engendrará turbulencias...