determinacion de la viscosidad de fluidos

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DE FLUIDOS

ESCUELA SUPERIOR DE ING. QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE FENOMENOS DE TRANSPORTE

PRACTICA: DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD

PROFESOR: HECTOR ZAMORANO GARCIA

ALUMNA: LOPEZ LOPEZ PRIETO LUCIA M.

FECHA : 20/03/2013

MARCO TEORICO

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Para determinar la viscosidad de un fluido es necesario establecer relaciones entre las variables dinámicas (como el esfuerzo de corte) y variables cinemáticas (como la rapidez de corte). En este tipo de ecuaciones, en las cuales existe una proporcionalidad de las variables antes mencionadas, son llamadas ecuaciones constitutivas y dictan el comportamiento de los fluidos en flujo.

Por otro lado, la representación grafica del esfuerzo de corte vs. la rapidez de corte o deformación (gradiente de velocidad) es llamada curva de flujo y ésta es una herramienta de gran utilidad, ya que aporta información acerca del tipo de comportamiento del fluido en un flujo. En general, los fluidos se pueden clasificar empleando la ley de Newton de la viscosidad:

τ=μγ….(1)

Donde μ es la viscosidad del fluido. La ecuación anterior es el ejemplo más sencillo de una ecuación constitutiva y describe el comportamiento bajo flujo de un conjunto de fluidos que se llaman newtonianos.

La principal característica de este tipo de fluidos es que su viscosidad de corte es constante, es decir, la razón del esfuerzo de corte y la rapidez de corte o deformación es constante. La curva de flujo de este fluido es una línea recta de pendiente μ como se muestra en las graficas:

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Por otro lado, si el fluido que se está caracterizando reológicamente no obedece la ley de Newton, entonces, se dice que el fluido es no newtoniano. En el caso de los fluidos no newtonianos su viscosidad de corte varía con la rapidez de corte, como es el caso de los fluidos adelgazante o pseudoplásticos y los espesantes o dilatantes. Un fluido adelgazante es aquel cuya viscosidad de corte disminuye cuando la rapidez de corte aumenta, mientras que para un espesante su viscosidad aumente con el incremento de la razón de corte.

El comportamiento en flujo de los fluidos antes mencionados se puede describir utilizando un modelo fenomenológico llamado ley de potencias o modelo de Ostwald De Waele dado por la siguiente expresión:

τ=mγn….(2)

Donde m es el índice de consistencia con unidades de Pasn y n es el índice de ley de potencias, el cual representa la pendiente de la curva del esfuerzo y la rapidez de corte en escala logarítmica.

La clasificación de los fluidos utilizando este modelo se realiza con el valor que n puede tomar.

Si n=2 entonces la ecuación anterior se reduce a la ley de Newton de la viscosidad dada por la ecuación (1), donde m es igual a la viscosidad del fluido. Luego, para n<1 el tipo de fluido que describe el modelo es el adelgazante o pseudoplástico.

Finalmente, para n>1 el modelo describe el comportamiento del fluido espesante o dilatante.

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OBJETIVO

Obtener el comportamiento en flujo o reológico de fluidos a través de sus curvas de flujo, utilizando un viscosímetro rotacional de cilindros concéntricos y determinar sus viscosidades de corte de estos fluidos.

DIAGRAMA DE FLUJO

4


5

Encender la computadora y el software para el manejo del viscosímetro identificando con el icono RHEO PLUS.

Encienda el baño de temperatura en el siguiente orden: botón frontal inferior, botón frontal superior y el botón de inicio del panel frontal superior. Fije la temperatura de experimentación en el intervalo antes sugerido, presionando el botón con la letra T y ajustando la temperatura con la fechas del panel de control.

Encienda el viscosímetro rotacional con el botón que está situado en la parte posterior del motor espere unos minutos hasta que se termine de cargar la configuración del viscosímetro.

Tome la copa identificada como CCC39 y llénela con el fluido a caracterizar

Coloque la copa en la base que se encuentra en la parte inferior de la cámara de calentamiento e introduzca delicadamente el cilindro interno sin dejarlo caer por completo en el fluido. Esto evita que entre aire en el fluido y que se dañe la base de la copa externa.

Deslice hacia arriba el cople del reómetro y coloque el par copa-cilindro en la cámara de calentamiento, asegurándose de girarla en el sentido contraria a las manecillas del reloj hasta que se escuche un click. Se escuchará un bip del equipo que nos indica que la geometría fue detectada.


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Esperar 10 min. Para asegurar una temperatura constante en todo el volumen del fluido.

Durante este tiempo programe la prueba de flujo para cada uno de los fluidos eligiendo una de las plantillas disponibles.

Seguir la secuencia:FILE OPEN, en la ventana abierta ubique el tipo de archivo que desea abrir y cámbielo por aquellos del tipo WORKBOOK TEMPLATE (*.ort). una vez hecho lo anterior, aparecerán las plantillas disponibles, de las cuales usted podrá elegir la que usted desee para llevar a cabo el experimento con el viscosímetro.

Una vez que obtuvo la curva del flujo del fluido, es recomendable que repita la prueba nuevamente para que usted verifique la reproducibilidad de la curva de flujo, utilizando otra muestra fresca.

Cambiar de fluido.

Guardar los resultados en la computadora.

Apagar el viscosímetro


TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

Lubricante

Shear Rate [1/s] Shear Stress[Pa] Vicosity [Pa.s]20.8 5 0.2423.6 5.7 0.24126.8 6.49 0.24230.5 7.39 0.24234.8 8.42 0.24239.6 9.59 0.24245 10.9 0.243

51.3 12.4 0.24358.4 14.2 0.24366.5 16.1 0.24375.7 18.4 0.24386.3 21 0.24398.4 23.9 0.243112 27.2 0.242128 31 0.242146 35.3 0.242166 40.2 0.242189 45.8 0.242216 52.1 0.242246 59.4 0.242280 67.7 0.242320 77.1 0.241364 87.8 0.241415 100 0.241

7


5 55 105 155 205 255 305 355 4050

20

40

60

80

100

120

f(x) = 0.241028698334466 x + 0.092888583576233

curva de flujo del lubricante

curva del lubricanteLinear (curva del lubricante)

Rapidez de corte de promedio (s -̂1)

Esfu

erzo

de

cort

e (p

a)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Curva de viscosidad del lu-bricante


visc

osid

ad d

e co

rte

(Pa.

s)

8

Observación:

Para que en la gráfica se pudiera observar el comportamiento Newtoniano del lubricante se tuvo que alejar un poco .

OBSERVACIONES:

Como podemos observar en la grafica; esta nos muestra la curva de flujo del lubricante, la cual nos indica que el fluido analizado se comporta como un fluido newtoniano ya que notamos que se genera una recta .


Cálculos

Datos

N=24 ∑ (xi∗yi )=¿¿180344.917 ∑ ( yi )=783 .09 ∑ (xi)=3239 .7 ∑ ( xi2 )=746981 .53

K=N∑ (xi∗yi )−∑ (xi)∑ ( yi)

N∑ (xi2)−¿¿¿¿

K=24∗(180344 .917−(3239 .7∗783 .09 ))

24∗(746981.53− (3239.7 )2)=0 .2417

K=N∑ ( xi2)∑ ( yi)−∑ (xi)∑ (xi yi)

N∑ (xi2 )−¿¿¿¿

b=24∗((746981 .53∗783 .09)−(3239 .7∗180344 .917 ))

24∗(746981 .53−(3239 .7 )2)=0 .0929

9


TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

Shampoo 25ºC

Shear Rate [1/s] Shear Stress[Pa] Vicosity [Pa.s]

.406 5 12.3

.449 5.64 12.6

.485 6.36 13.1

.565 7.8 12.7

.647 8.1 12.5

.727 9.14 12.6.81 10.3 12.7

.909 11.6 12.81.05 13.1 12.51.18 14.8 12.61.34 16.7 12.51.53 18.8 12.31.74 21.2 12.2

2 24 122.31 27 11.72.68 30.5 11.43.12 34.9 113.7 38.8 10.5

4.47 43.8 9.85.79 49.4 8.5425.9 55.7 2.14211 62.9 .299835 70.9 .0849

1470 80 .0542

10


0 200 400 600 800 1000 1200 1400 160050

55

60

65

70

75

80

85

Curva de flujo del shampoo 25ºC



Esfu

erzo

de

cort

e (p

a)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

-1

1

Curva de viscosidad del shampoo


visc

osid

ad d

e co

rte

(Pa.

s)

11

Observaciones:

Podemos apreciar en la grafica ampliada que el comportamiento de nuestro fluido

(shampoo a 25ºC) se comporta como un adelgazante.

En esta gráfica vemos cómo al final, nuestra curva tiende hacia abajo y no es recta, como sería en un fluido newtoniano; mostrándonos así que se trata de un fluido adelgazante.

Pudimos notar este comportamiento en nuestra grafica gracias a que fue ampliada.


TABLA DE DATOS EXPERIMENMTALES

Shampoo 28ºC

Shear Rate [1/s] Shear Stress[Pa] Vicosity [Pa.s]

0.699 77.6 7.16.778 77.6 7.25.853 77.6 7.46.97 77.6 7.41.1 77.6 7.33

1.24 77.6 7.361.4 77.6 7.34

1.58 77.6 7.361.81 77.6 7.262.04 77.6 7.242.32 77.6 7.212.64 77.6 7.123.03 77.6 7.013.48 77.6 6.88

4 77.6 6.754.65 77.6 6.565.44 77.6 6.326.43 77.6 6.037.76 77.6 5.649.65 77.6 5.1220.6 77.6 2.71181 77.6 .348808 77.6 6.0878

1690 77.6 .046

12


0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

10

20

30

40

50

60

70

80

90




Esfu

erzo

de

cort

e (p

a)

0 200 400 600 800 100012001400160018000

1

2

3

4

5

6

7

8

Curva de viscosidad del shampoo


visc

osid

ad d

e co

rte

(Pa.

s)

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Conclusiones

Sin duda esta práctica es de gran importancia, pues calculamos las viscosidades de dos fluidos diferente, anteriormente no podríamos encontrarle alguna utilidad; sin embargo es primordial el conocer el comportamiento reológico de un fluido en flujo para diferentes tipos de industrias como la farmacéutica, petrolera, emulsiones, pinturas, etc. A esto nos referimos con el estudio del deformamiento de un fluido al fluir. En esta práctica comprobamos que el lubricante es un fluido newtoniano y el shampoo uno adelgazante; esto gracias al análisis de nuestras gráficas.

Bibliografía

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