Dos viscosimetros - Resumen Fisica General PDF

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO MECÁNICA DE FLUIDOS TIPOS DE VISCOSÍMETROS Autor: Fernando Gamboa Nivel: Tercer Semestre Fecha: 30 de febrero 2020 e-mail: [email protected]

RESUMEN A través del tiempo han existido la forma necesaria de crear nuevos implementos de laboratorio para que podamos medir y definir las diferentes características o condiciones que presenta la materia. Una característica que encontramos en la materia son los distintitos tipos de viscosidad que presenta un elemento así creando los mecanismos medidores de viscosidad.

INTRODUCCIÓN. La ley de viscosidad que fue presentada por Isaac Newton, en la cual pudo demostrar que dos fuerzas tales como la fuerza y el esfuerzo cortante consigue que un fluido se deforme. Isaac Newton después de varios experimentos decidió clasificar a los fluidos en ideales y no ideales. Para poderlos clasificar propuso la ley como hoy en día lo conocemos como la “LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON” la cual certifico que la fuerza y el esfuerzo cortante consiguen deformar un fluido. El viscosímetro mas antiguo que podemos tener como registro el viscosímetro de nombre OSTWALD en su honor. Lo desarrollo para poder conocer las viscosidades relativas en los distintos fluidos newtonianos. Este instrumento utiliza como una fuerza externa impulsadora a la gravedad

9,81

m s2

fundamentándose

principalmente en la ley de Poiseuille. Para el campo Alimentario es importante saber conocer la viscosidad que presente un producto. Ya que sabiendo esto nos ayuda a mantener un control y a tomar decisiones sobre un producto final. El poder conocer la viscosidad de un elemento ayuda a que podamos detectar cambios en los aspectos físicos del producto como color, densidad, etc. Existen principalmente varios factores que influyen principalmente en la viscosidad tales como la temperatura, estructura molecular y la fuerza de cohesión a su vez la presión en la que se encuentran las moléculas. Para la construcción o elaboración de un viscosímetro se debe tener en cuenta cuatro factores como la altura, volumen del fluido que se desea analizar, diámetro y el tiempo que se va a ejecutar el experimento. Las dimensiones del equipo dependerán primordialmente de las viscosidades del fluido. Al pasar los años se han realizado varias investigaciones para construcción y diseño de los viscosímetros.

Tipos de Viscosímetros.

Viscosímetros de pistón o de extrusión. Estos tipos de viscosímetros se los usan principalmente para poder medir la viscosidad de polímeros que están principalmente fundidos y para medir otros materiales que están muy viscosos. El uso para estos viscosímetros es la cual se le conecta a un capilar a su vez el fluido que va a ser estudiado se extruye a través del capilar que está conectado a un pistón que está aplicando un esfuerzo constante. La viscosidad en este mecanismo se lo calcula a partir del denominado caudal volumétrico y a su vez mediante la perdida de carga que va sufriendo el capilar. Esta descrito en las normas ASTM D1238.

Una principal variante del viscosímetro de pistón anteriormente mencionado consiste en intercambiar o sustituir el pistón que esta con un tornillo sin que el fluido fluya continuamente por el material a estudiar que circula a través del capilar. Normalmente los polímeros son fluidos no newtonianos en la cual las anteriores ecuaciones de otros viscosímetros deben ser corregidas. Una de las modificaciones mas empleadas es la modificación de las formulas de RABINOWITSCH en la cual es posible obtener la velocidad en la cizalla en la pared capilar.

´γ τw =

´ ( 3 n+1 ) ∗γ´ ω 4n

Donde n es el factor de ley de la potencia:

n=

dlogτ dlog γ´ ω

En donde la viscosidad será calculada a partir de la siguiente ecuación.

η=

τ ´γ τw

Mediante la siguiente formula podemos calcular el esfuerzo de cizalla.

τ=

R ΛP 2( L+ ER )

Donde: L: longitud R: Radio máximo del tornillo

E: constante empírica que esta destinada a corregir los efectos de salida y entrada del material en el capilar del mecanismo.

En la figura podemos observar el aspecto que representa BAGLEY para la velocidad de la cizalla

A :590 s

−1

y B :295 s

−1

Viscosimetría Cono-placa. Este viscosímetro se basa principalmente en la cizalla que estará en un liquido situado en cierto espacio comprendido entre un cono y una placa. Esta geometría consiste en colocar una placa circular u un cono de radio R con un eje perpendicular en la placa y la superficie de la placa.

En la figura podemos observar la geometría del sistema. En donde el cono gira con una velocidad angular dando origen a un movimiento de rotación el fluido de tal manera que el fluido girara a una mayor velocidad cerca del recipiente de las paredes del cono.

Todos los instrumentos de medición de cono-placa nos permiten una facilidad de uso al extraer el cono para realizar un efectivo cambio de la muestra. La mayoría de estos viscosímetros tienen una velocidad de cizalla que

va cambiando con la distancia al centro de rotación. El viscosímetro de cono-placa tiene un buen beneficio debido que a lo largo del espacio la velocidad es constante alrededor del cono ya que la distancia entre el cono y la placa aumenta al poder aumentar la distancia al centro. Este tipo de instrumento ayuda principalmente en el estudio de líquidos fuertemente Pseudoplasticos y materiales con cierto esfuerzo umbral.

η=

3 αM 2 R C3

τ=

3M 2 π R3C

γ´ =

ω α

Donde:

τ =Esfuerzo dedeformacion γ =velocidad de deformacion Rc=radio del cono G=par de fuerzas aplicadas

ω=velocidad angular delcono α =angulo del cono .

Ejemplo: [CITATION Ing14 \l 12298 ]Se ha examinado un postre laceo de vainilla semisólido para determinar sus propiedades reológicas a 25°C, utilizando un viscosímetro de cono y placa de 50mm de diámetro y un Angulo de 1°. El postre fue cizallado en el viscosímetro a una velocidad angular creciente y los valores del par de torsión en función de la velocidad angular se dan la tabla. Examinar los modelos de Newton, de la ley de la potencia y de Herschel-Buckley para encontrar la expresión que mejor describe el comportamiento del flujo del postre Velocidad angular 1,04 15,7 31,4 52,2 73,1 104,4

Par de torsion 4,66*10^-4 7,62x10^-4 9,60*10^-4 11,73*10^-4 13,56*10^-4 15,96*10^-4

2

lnτ =2,581+ 0,260 (r =0,95) τ w =13,210 ´γ τw

0.200

BIBLIOGRAFÍA [1]

I. P. H. Coronado, «Ejemplos de calculos de los reometros,» 23 06 2014. [En línea]. Available: https://es.slideshare.net/ingripaolahurtadocoronado9/ejemplos-de-viscosimetros. [Último acceso: 01 03 2020]....