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MANEJO DE SÓLIDOS Y FLUIDO INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

LIC. ANDREA PAOLA SANDOVAL CORREA

HAIDER YILFREN PRADA RIVERA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER. SEPTIEMBRE 06 DE 2017.

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INTRODUCCION Damos a conocer los instrumentos de medición de estas propiedades, como la densidad, viscosidad, tensión superficial, presión, F volumétrico y F másico. El estudio de la química depende en gran medida de las mediciones. Los químicos usan las mediciones para comparar las propiedades de diferentes fluidos y para entender los cambios que resultan de un experimento. Hay diferentes instrumentos que nos permiten medir las propiedades de un fluido. Por ejemplos con una cinta métrica se puede medir longitud, con una pipeta, probeta, bureta se puede medir volumen, y con el termómetro se puede medir la temperatura. Cabe resaltar que estos aparatos permiten hacer mediciones de las propiedades macroscópicas, es decir, que pueden ser determinadas directamente.

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DENSIDAD La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos, la densidad alrededor de un punto dado puede diferir de la densidad media La densidad es una propiedad intensiva de la materia definida como la relación de la masa de un objeto dividida por su volumen. La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. Los instrumentos más comunes para medir la densidad son: El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido. El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas). La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.

DENSÍMETRO Se introduce vertical y cuidadosamente en el líquido hasta que flote libre y verticalmente. A continuación, se observa en la escala graduada en el vástago del densímetro su nivel de hundimiento en el líquido; esa es la lectura de la medida de densidad relativa del líquido. En líquidos ligeros (v.g., queroseno, gasolina, alcohol,...) el densímetro se hundirá más que en líquidos más densos (como agua salada, leche,...). De hecho, es usual tener dos instrumentos distintos: uno para los líquidos en general y otro para los líquidos poco densos, teniendo como diferencia la posición de las marcas medidas.

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VISCOSIDAD Propiedad de un fluido que opone resistencia al corte. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido. Cuando un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se define como esfuerzo cortante, denotado con la letra griega (tau), como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre la otra. Entonces es una fuerza dividida entre un área, y se mide en las unidades de N/m2 (Pa) o lb/pie2 Un viscosímetro, denominado también viscómetro, es un instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido. La viscosidad es una propiedad que no se determina directamente, sino que se calcula a partir de la medida de otras magnitudes.

Viscosímetro de tubo capilar En este método se hace una medición del tiempo necesario para que cierta cantidad de fluido pase por un tubo capilar (o de calibre pequeño) de longitud y diámetros conocidos, bajo una diferencia medida y constante de presiones. Se puede aplicar la ley de Hagen –Poiseuille, en el caso de que el flujo sea laminar.

Para calcular la viscosidad= .Si se mide la presión en los extremos de la tubería, deben efectuarse ciertas correcciones para los cambios de distribución de velocidad y las pérdidas de entrada. Las correcciones dependen del aparato que se utilice. Teniendo en cuenta que la viscosidad depende de la temperatura, es necesario controlar y especificar la temperatura en todas las mediciones de la viscosidad.

Viscosímetro giratorio de Couette El fluido que se debe comprobar se pone en el espacio anular entre dos cilindros circulares concéntricos. Se hace girar un cilindro con respecto al otro. Las mediciones de momento de torsión y gradiente de velocidades se pueden correlacionar con la viscosidad, como se hace mediante una calibración con líquidos de viscosidad conocida. Los efectos de los extremos del cilindro se deben tener en cuenta o reducirse, si las lecturas de este dispositivo van a utilizarse para determinaciones precisas de la viscosidad. Un instrumento particular de este tipo puede ser útil para mediciones relativas, como, por ejemplo, al comparar la acción de fluidos diferentes.

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VISCOSIMETRO DE ENGLER Embudo Marsh Usado para determinar la viscosidad en operaciones de perforación de pozos. Consiste en un embudo con una rejilla en la parte superior para la retención de partículas, se coloca encima de una copa graduada de 946 cm3. El lodo es vertido por encima de la malla, la cual va reteniendo las partículas. Luego se toma el tiempo que tarda el fluido en llenar la copa. Este tiempo siempre se toma en segundos. Viscosímetro El viscosímetro es un equipo de laboratorio que se usa para la medición de la viscosidad y otros parámetros de flujo como la velocidad y esfuerzo de corte-. La viscosidad depende en gran parte de las condiciones ambientales tales como temperatura y presión. ¿Cómo es el funcionamiento de un viscosímetro? Los viscosímetros operan por medio de la rotación de un cilindro, el cual se sumerge en el material a analizar midiendo la resistencia de esta substancia a una velocidad seleccionada. La resistencia resultante es la medida del flujo de viscosidad, dependiendo de la velocidad y de las características del disco.

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PRESION Es la fuerza por unidad de superficie, cuando la fuerza es perpendicular a dicha superficie. Esto es lo que ocurre comúnmente en fluidos confinados. La presión siempre se mide respecto a una referencia o valor patrón, la cual puede ser el vacío absoluto u otra presión como en el caso más común en que se trata de la presión atmosférica. Según la referencia de presión utilizada se le dan nombres distintos a las medidas de presión. Presión absoluta Es la presión referida al vacío absoluto. Presión manométrica Es la presión referida a la `presión atmosférica. Presión de vacío Es la presión referida a la presión atmosférica, pero por debajo de ella. Presión diferencial Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera Presión atmosférica Es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la tierra. Presión barométrica Es la medida de la presión atmosférica la cual varía levemente con las condiciones climáticas. MEDIDORES DE PRESION EN COLUMNA DE LÍQUIDO Manómetro de tubo en u Este medidor consta de dos tubos transparentes de misma sección transversal que están conectados por su parte inferior, ya sea por un tubo del mismo material o por un material distinto. Dentro del tubo se coloca un líquido de mayor densidad que el fluido del proceso a medir y que nos sea miscible en él, agua para aire o mercurio para agua, por ejemplo Luego se conecta uno de los tubos al proceso (P1) y el otro se deja a la presión de referencia con respecto a la cual se quiere hacer la medición (P2), • La atmósfera para presiones manométricas Si 1 2 P > P se trata de un manómetro de tubo en U Si 1 2 P < P se trata de un vacuómetro de tubo en U. El vacío absoluto para presiones absolutas, se trata de un barómetro Otra presión del proceso para presiones diferenciales. La medida de presión será directamente proporcional a la diferencia de nivel en los líquidos de los tubos (h).

6 Manómetro de pozo y vaso alargado Este es una modificación del manómetro de tubo en U en donde uno de los tubos tiene una sección transversal de mayor área que la otra. Esto permite realizar la lectura de la presión directamente con la posición de la superficie del líquido en el tubo de área menor, con una mayor precisión y permite medir presiones mayores. Manómetro de pozo y vaso inclinado Este es una variación del manómetro de pozo y vaso alargado en donde el vaso alargado se inclina con el fin de darle mayor precisión al instrumento. Esto ya que para un mismo desplazamiento vertical del fluido, el desplazamiento de este sobre el tubo será mayor. Manómetro de anillo de balanceo Este medidor utiliza el efecto del cambio de nivel del fluido manométrico por efecto de la presión junto con un balance de fuerzas ejercidas por el peso del líquido y un contrapeso. Se compone de un anillo tubular en el cual está un líquido manométrico y que posee un contrapeso en la parte inferior. Este anillo puede rotar sobre su centro y posee una aguja que indicará directamente la presión en función del ángulo de rotación del instrumento. Manómetro de campana invertida Este instrumento utiliza el líquido solamente como elemento de sello, mientras que la medida de presión se realiza por un balance de fuerzas entre la presión ejercida por el proceso por el área sobre la cual actúa, la presión de referencia por la misma área y otra fuerza que limita el movimiento como por ejemplo un resorte u otra campana. Manómetros mecánicos Los manómetros mecánicos se componen principalmente de los siguientes elementos funcionales: • Un sensor de presión, tubo de Bourdon, fuelle o diafragma • Un mecanismo de amplificación: cremallera piñón, mecanismo de cuatro barras u otro: • Un sistema de indicación que consiste en una aguja indicadora sobre una escala calibrada en unidades de presión. MEDIDORES DE PRESION EN TUBO DE BORDUON Este consiste en un tubo de sección transversal aplanada con un extremo abierto y empotrado y el otro extremo cerrado y libre de moverse. Este tubo se le da una forma curvada específica, que varía según el rango de la presión a medir y las características del tubo. De acuerdo a la forma del tubo se tienen los siguientes tipos de tubo Bourdon:

7 Barómetro Instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera. Como en cualquier fluido esta fuerza se transmite por igual en todas las direcciones. La forma más fácil de medir la presión atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense exactamente el peso de la atmósfera. Un barómetro de agua sería demasiado alto para resultar cómodo. El mercurio, sin embargo, es 13,6 veces más denso que el agua, y la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica normal tiene una altura de sólo 760 milímetros.

8 TENSIÓN SUPERFICIAL El concepto de tensión superficial se emplea en el ámbito de la física para hacer referencia a la cantidad de energía que se requiere para incrementar la superficie de un líquido por unidad de área. Dicha energía se necesita ya que los líquidos ejercen una resistencia a la hora de incrementar la superficie. La tensión superficial surge por las fuerzas que actúan cohesionando las moléculas de los líquidos. Dichas fuerzas no son iguales en la superficie y en el interior del líquido, aunque en promedio terminan anulándose. Desde el punto de vista energético, se define "tensión superficial" de un líquido como el trabajo que se debe realizar para traer suficientes moléculas desde el interior del fluido hacia la superficie, para formar una nueva unidad de área en dicha superficie. Tessiómetro de anillo de Du Noüy y de placa Wilhelmy son las técnicas más utilizadas. Son los métodos más sencillos para medir la tensión superficial e interfacial estática. Tensiómetro por presión de burbuja: es el método de selección por tiempos de adsorción muy cortos, hasta algunos milisegundos Mediciones La tensión superficial es la fuerza de la superficie de los líquidos que permite que se formen gotas. Esta propiedad, llamada en ocasiones tensión interfacial, varía dependiendo del líquido y de la superficie con la que interactúa. Debido a que la tensión superficial se puede manifestar de diferentes maneras, hay también diversas formas de medirla. Cuando se busca medir la tensión superficial de una gota generalmente se usa una técnica que se conoce como prueba de la gota colgante.

TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD Las gotas de líquido se comportan como pequeños globos esféricos llenos con ese líquido y su superficie actúa como una membrana elástica estirada sometida a tensión. La fuerza de tracción que causa esta tensión actúa paralela a la superficie y se debe a las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido. La magnitud de esta fuerza por unidad de longitud se llama tensión superficial ss y se expresa en la unidad N/m (o lbf/ft en las unidades inglesas). Este efecto también se conoce como energía superficial y se expresa en la unidad equivalente de N m/m2 o J/m2. En este caso, ss representa el trabajo de estiramiento que se necesita para hacer que aumente el área superficial del líquido en una cantidad unitaria. Una consecuencia interesante de la tensión superficial es el efecto de capilaridad, el cual es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de diámetro pequeño insertado en un líquido. Esos tubos angostos o canales de flujo confinado se llaman capilares. El ascenso del queroseno por una mecha de

9 algodón insertada en el recipiente de una lámpara con este combustible se debe a este efecto. El efecto de capilaridad también es parcialmente causante del ascenso del agua hasta la punta de los árboles altos. La superficie libre curva de un líquido en un tubo capilar se llama menisco. Estalagmómetro El estalagmómetro es un aparato de medida de la tensión superficial. Consta de un depósito conectado a un tubo capilar por el que se dejan caer gotas que se pesan. METODOS PARA MEDIR LA TENSION SUPERFICIAL Se sabe que la tensión es una fuerza por unidad de longitud de línea de contacto trifásico. Tales métodos se aplican por tanto al caso en que hay 3 fases: un fluido (gas o líquido), un líquido, y un sólido. La tensión superficial o interfacial entre los dos fluidos se mide como una fuerza aplicada sobre una cierta longitud de la línea de contacto trifásico. METODO DE LA PLACA (Whilhelmy 1863) Se utiliza una placa de geometría rectangular perfectamente conocida suspendida verticalmente a una balanza de precisión. El lado inferior de la placa se pone en contacto (horizontalmente) con la superficie del líquido para que se moje (2). Luego se ejerce una fuerza vertical sobre la placa para levantarla. La placa se levanta poco a poco, y de cada lado se forma una interface curva (3); se levanta la placa hasta que se produzca el arranque (4). En la posición justo antes del arranque se puede calcular el equilibrio de fuerzas entre las fuerzas de tensión que se aplican de parte y otra de la placa y la fuerza de levantamiento. METODO DEL ANILLO (Nouy 1919) En el método de Nouy, se reemplaza la placa rectangular suspendida verticalmente por un anillo tórico suspendido horizontalmente, en forma perfectamente paralela con la superficie o interfase. El anillo tiene un radio R, y está hecho con un alambre de radio resultando en un perímetro total de L = 4πR. Nótese que este perímetro es una aproximación, ya que no toma en cuenta la posición exacta de la línea de contacto trifásico respecto al anillo. En todo caso es válido si r << R. Además, se debe considerar que excepto en el caso en que r << R, entonces el menisco interno y el menisco externo no tienen la misma forma (Fig. 7). En consecuencia existen realmente dos posiciones en que la fuerza pasa por un máximo. Para evitar este problema se trata siempre de que se cumpla r << R.

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FLUJO VOLUMÉTRICO Es el volumen de fluido que pasa a través de una sección transversal dada por unidad de tiempo. Metodos para medir el flujo volumetrico :

FLUJO MÁSICO La magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es la diferencia de la masa con respecto al tiempo.

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CONCLUSIONES Gracias a estas propiedades de los fluidos e instrumentos podemos saber variables que afectan en nuestros procesos químicos también como es el comportamiento y características de los fluidos. Así dando a conocer como tal el objeto y funcionamiento de medición para dichas propiedades mostradas en este informe. Aquí se estudiaron las propiedades de los fluidos comportamientos o características, se exponen las causas de las diferencias y el posible origen de los errores de medición. Hay una gran variedad de propiedades que poseen estos fluidos tales como la densidad, viscosidad, tensión, presión, etc. Se concluye que todas las propiedades vistas aquí son de suma importancia para los cálculos de transporte de fluidos; Si la densidad del cuerpo es menor que la del fluido el cuerpo ascenderá con un movimiento acelerado y si la densidad del cuerpo es iguala a la del fluido el cuerpo quedará en equilibrio a la mitad de la columna del fluido. En la superficie del líquido, la fuerza hacia el líquido es más intensa y se llama tensión superficial. (ANTON, 2005), para terminar La viscosidad en los líquidos se debe a la cohesión, y en los gases al intercambio de cantidad de movimiento (momento lineal, ímpetu o momento, producto masa por velocidad) La cohesión y por tanto la viscosidad de un líquido disminuye al aumentar la temperatura. Por el contrario, la actividad molecular y en consecuencia la viscosidad de un gas aumenta con ella. A mayor temperatura menor viscosidad.

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RECOMENDACIÓN Con este informe recomendamos la investigación y corrobación de todo lo dicho, así mismo presentar cualquier inquietud frente alguna equivocación de dicha información suministrada y así mostrarnos un campo de visión más grande frente a este tema.

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BIBLIOGRAFIA ANTON, J. L. (2005). Metodos de mediion de la tension superficial o interfacial. Merida -Vnezuela: Universidad de los Andes. Yunus A. Çengel, J. M. (2006). Mecánica de fluidos: fundamentos y aplicaciones. U.S.A: McGraw-Hill.

WEBGRAFIA https://es.pdfcoke.com/doc/33483567/Viscosimetros-industriales-y-de-laboratorio https://definicion.de/tension-superficial/ http://www.aaiq.org.ar/SCongresos/docs/04_025/papers/08a/08a_1469_611.pdf http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/ materiales/propiedades/densidad.htm http://www.ehowenespanol.com/flujo-volumetrico-sobre_300394/ http://mecanicadefluidos5.blogspot.com.co/2010/08/flujo-masico-y-flujovolumetrico.html

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ANEXOS

MANÓMETRO DE TUBO EN U

MANÓMETRO DE POZO Y VASO ALARGADO

15 DENSIMETRO

Método de Du Nouy

16 FLUJO VOLUMÉTRICO

Flujo Másico