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PRACTICA No. 2 “REOMETRÍA”Objetivo:El objetivo de esta práctica es 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 las velocidades de corte de éstos fluidos.Consideraciones Teorica...

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REOMETRÍA PRACTICA No. 2 “REOMETRÍA” Objetivo: El objetivo de esta práctica es 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 las velocidades de corte de éstos fluidos. Consideraciones Teoricas: Un fluido es una sustancia incapaz de soportar fuerzas de cizalla. Es un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y/o las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. Las moléculas de un sólido están unidas, pero en un fluido, las moléculas están libres y pueden pasar una junto a la otra. Los fluidos se caracterizan por cambiar de forma sin que existan fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable). La reologia es la ciencia que estudia el flujo y la deformación de la materia, teniendo en cuenta propiedades tales como elasticidad, viscosidad y plasticidad. De acuerdo con su comportamiento reologico, los fluidos pueden clasificarse en NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS. Los fluidos newtonianos, son aquellos en los que la relación entre el esfuerzo de corte τyx y la velocidad de deformación dνx/dy se mantiene constante, siendo la viscosidad η la constante de proporcionalidad:

τ yx=−η(

dv x ) dy

Se comportan como fluidos newtonianos los gases y la mayoría de los líquidos sencillos. Los fluidos no newtonianos, son en general, aquellos en que la relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad no se mantiene constante. La viscosidad en estos fluidos varía al modificarse el esfuerzo de corte o con el tiempo de aplicación del mismo. Los fluidos no newtonianos más comunes pueden clasificarse en: Pseudoplasticos, donde se observa que la viscosidad disminuye al aplicarse un aumento en el esfuerzo de corte. Su ecuación constitutiva es

τ yx ¿−m

n−1

( ) ( ) dv x dy

Practica No. 2

dv x con n1 dv x dy

x

Barros, resinas vinilicas son ejemplos de este tipo de fluido no newtoniano. Plasticos de Bingham, se comportan como un sólido en condiciones estáticas requiriendo un esfuerzo mínimo (τ0) para comenzar a fluir, comportándose como newtonianos a valores superiores de ese esfuerzo mínimo.

τ yx=τ 0 −n

( dvdy ) si τ x

yx

>τ 0

dv x =0 si τ yx> τ 0 dy De acuerdo a su comportamiento respecto del tiempo los fluidos no newtonianos pueden clasificarse en: Tixotropicos, muestran un cambio de su viscosidad en el tiempo ; cuanto más se someta el fluido a esfuerzos de cizalla, más disminuye su viscosidad. Un fluido tixotrópico es un fluido que tarda un tiempo finito en alcanzar una viscosidad de equilibrio cuando hay un cambio instantáneo en el ritmo de cizalla. Sin embargo no existe una definición universal; el término a veces se aplica a los fluidos pseudoplásticos que no muestran una relación viscosidad/tiempo. Es importante tener en cuenta la diferencia entre un fluido tixotrópico y otro pseudoplástico. El primero muestra una disminución de la viscosidad a lo largo del tiempo a una velocidad de corte constante, mientras que la última muestra esta disminución al aumentar la velocidad de corte. A los fluidos que exhiben la propiedad opuesta, en la que la agitación a lo largo del tiempo provoca la solidificación, se les llama reopécticos, a veces anti-tixotrópicos, y son mucho menos comunes. Algunos geles y coloides se consideran materiales tixotrópicos, pues muestran una forma estable en reposo y se tornan fluidos al ser agitados. Variedades modernas de recubrimientos alcalinos, de látex y pinturas son materiales por lo general tixotrópicos que no caen de la brocha del pintor pero se pueden aplicar fácil y uniformemente pues el gel se liquidifica cuando se aplica. La salsa de tomate, los yogures y las arcillas son frecuentemente tixotrópicos. Reopécticos, muestran variaciones dependientes con el tiempo de su viscosidad; así, cuanto más tiempo se encuentra el fluido en cuestión bajo la influencia de esfuerzos cortantes, mayor es su viscosidad. Los fluidos reopécticos, como algunos lubricantes, se espesan o solidifican al ser

Practica No. 2

Página 2

REOMETRÍA agitados. El comportamiento opuesto, por el que los fluidos se hacen menos viscosos cuanto más tiempo experimentan esfuerzos cortantes, se denomina tixotropía, y es mucho más común. Algunos ejemplos de fluidos reopécticos incluyen las pastas de yeso y algunas tintas de impresora. Reometría La reometría es el conjunto de técnicas desarrolladas para llevar a cabo mediciones de parámetros reológicos.

Procedimiento:

Practica No. 2

Página 3

REOMETRÍA Los pasos de la sesión experimental fueron los siguientes: 1. Encender la computadora y el software para el manejo del viscosímetro, identificado con el icono RHEO PLUS. 2. Encender el baño de temperatura en el siguiente orden: Botón frontal inferior, botón frontal superior y botón de inicio del panel frontal superior. Fijar la temperatura de experimentación (25°C), presionando el botón con la letra T y ajustando la temperatura con las flechas del panel de control. Se debe revisar anteriormente el nivel del agua del baño. 3. Encender el viscosímetro rotacional con el botón situado en la parte posterior del motor. Esperar 5 minutos hasta que termine de cargar la configuración del viscosímetro. 4. Tomar la copa identificada como CCC39 y llenarla con el fluido a caracterizar (Yogurt bebible y aceite para motor) hasta la marca o aforo interno. Colocar la copa en la base ubicada en la parte inferior de la cámara de calentamiento e introducir debidamente el cilindro interno sin dejarlo caer por completo en el fluido. 5. Deslizar hacia arriba el cople del reómetro y colocar el par copa-cilindro en la cámara de calentamiento, asegurándose de girarla en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta escuchar un clic. Guiar la flecha del cilindro interno hacia arriba insertándolo en el cople suavemente y deslizar el cople hacia abajo para asegurar el cilindro interno. Se debe escuchar un bip del equipo para avisar que la geometría fue detectada. 6. Esperar 10 minutos para asegurar una temperatura constante en todo el volumen del fluido. Durante ese tiempo se programa la prueba del flujo para cada fluido, eligiendo una plantilla. Para elegir las plantillas en el software seguir la siguiente secuencia: File, Open, en la ventana abierta ubicar el tipo de archivo que se requiere y cambiar por aquellos del tipo WORKBOOK TEMPLATE (*.ort.); cuando aparezcan las plantillas disponibles, elegir la más apropiada. 7. Iniciar la prueba, y la curva de flujo se irá trazando. 8. Al cambiar de fluido, se debe lavar la copa y el cilindro con jabón líquido y una esponja. Repetir los pasos anteriores para el aceite. 9. Guardar los resultados de las pruebas en el archivo de trabajo (workbook), usando el menú del software, creando una carpeta dentro del directorio de RHEO PLUS. 10. Apagar el viscosímetro, retirando la geometría de flujo y deslizando hacia abajo el cople. Retirar la copa girándola en sentido delas manecillas del reloj. Apagar el viscosímetro con el interruptor colocado en la parte trasera del motor y apagar el recirculador de agua en el sentido opuesto que se siguió para iniciarlo. Lavar la geometría de flujo, colocarla en su estuche y guardarla en su estante. Apagar la computadora y desconectar los equipos de las tomas de corriente eléctrica (si se es el último en utilizar el equipo).

Practica No. 2

Página 4

REOMETRÍA Resultados y discusión:

YOGURT (DATOS EXPERIMENTALES)

Practica No. 2

Página 5

REOMETRÍA

YOGURT (PROMEDIOS) Ƭ1 (Pa)

Ƭ2 (Pa)

Ƭ3 (Pa)

Ƭ prom (Pa)

Ƴ1 (1/s)

Ƴ2 (1/s)

Ƴ3 (1/s)

Ƴ prom (1/s)

5

5

5

5

116

138

152

5.58

5.58

5.58

5.58

164

189

210

Practica No. 2

µ3 (Pa*s)

µ prom (Pa*s)

135.3333 3

0.0431 0.0362 0.0328

0.03741

187.6666

0.0340 0.0295 0.0265

0.03004

Página 6

µ1 (Pa*s)

µ2 (Pa*s)

REOMETRÍA 6.23

6.23

6.23

6.23

199

228

254

6.95

6.95

6.95

6.95

238

273

302

7.76

7.76

7.76

7.76

282

321

353

8.66

8.66

8.66

8.66

329

372

410

9.67

9.67

9.67

9.67

386

434

473

10.8

10.8

10.8

10.8

446

498

542

12.1

12.1

12.1

12.1

509

566

613

13.5

13.5

13.5

13.5

585

649

702

15

15

15

15

668

735

793

16.8

16.8

16.8

16.8

753

823

892

18.7

18.7

18.7

18.7

853

931

1,000

20.9

20.9

20.9

20.9

962

1050

1,060

23.3

23.3

23.3

23.3

1,080 1,110 1,120

26

26

26

26

1,160 1,170 1,200

29

29

29

29

1,230 1,260 1,290

32.4

32.4

32.4

32.4

1,320 1,350 1,380

36.2

36.2

36.2

36.2

1,420 1,450 1,490

40.4

40.4

40.4

40.4

1,520 1,570 1,600

45.1

45.1

45.1

45.1

1,630 1,690 1,680

47.6

46

45.1

46.23 1,690 1,690 1,690

47.3

45.8

45.6

46.23 1,690 1,690 1,690

47.3

45.8

45

46.03 1,690 1,690 1,690

46.5

45.2

46.1

45.93 1,690 1,690 1,690

7 227.0000 0 271.0000 0 318.6666 7 370.3333 3 431.0000 0 495.3333 3 562.6666 7 645.3333 3 732.0000 0 822.6666 7 928.0000 0 1024.000 0 1103.333 3 1176.666 6 1260.000 0 1350.000 0 1453.333 3 1563.333 3 1666.666 6 1690.000 0 1690.000 0 1690.000 0 1690.000 0

GRAFICAS

Practica No. 2

Página 7

0.0313 0.0273 0.0245

0.02772

0.0292 0.0254 0.0230

0.02589

0.0275 0.0241 0.0219

0.02456

0.0263 0.0232 0.0211

0.02357

0.0250 0.0222 0.0204

0.02259

0.0242 0.0216 0.0199

0.02194

0.0237 0.0213 0.0197

0.02163

0.0230 0.0208 0.0192

0.02104

0.0224 0.0204 0.0189

0.02059

0.0223 0.0204 0.0188

0.02052

0.0219 0.0200 0.0187

0.02024

0.0217 0.0199 0.0197

0.02045

0.0215 0.0209 0.0208

0.02112

0.0224 0.0222 0.0216

0.02210

0.0235 0.0230 0.0224

0.02302

0.0245 0.0240 0.0238

0.02401

0.0254 0.0249 0.0243

0.02492

0.0265 0.0257 0.0252

0.02585

0.0276 0.0266 0.0268

0.02707

0.0281 0.0272 0.0266

0.02736

0.0279 0.0271 0.0269

0.02736

0.0279 0.0271 0.0266

0.02724

0.0275 0.0267 0.0272

0.02718

REOMETRÍA

CURVA DE FLUJO DEL FLUIDO 1800.00000

Esfuerzo de Corte (Ƭ)

1600.00000 1400.00000 1200.00000 1000.00000 800.00000 600.00000 400.00000 200.00000 0.00000

1

10

100

Rapidez de Corte Promedio (Ƴ)

Grafica 1: CURVA DE FLUJO, GRAFICANDO ESFUERZO DE CORTE PROMEDIO Y LA RAPIDEZ DE CORTE PROMEDIO En el grafico No. 1 Como se puede observar los valores graficados no muestra una concordancia para definir si el flujo es newtoniano, dilatante o adelgazante, sin embargo en las consideraciones teóricas habla de los fluidos tixotrópicos, al cual pertenece los yogures. En el grafico No 2 Los valores graficados se observan discontinuos, en una opinión propia diría que es por el tipo de fluido deducido en la grafica No. 1.

CURVA DE VISCOSIDAD DEL FLUIDO 0.04000 Viscosidad de Corte (μ)

0.03500 0.03000 0.02500 0.02000 0.01500 0.01000 0.00500 0.00000 100.00000

1000.00000

10000.00000

Rapidez de Corte Promedio (Ƴ)

Grafica 2: CURVA DE VISCOSIDAD DEL FLUJO, GRAFICANDO VISCOSIDAD DE CORTE Y LA RAPIDEZ DE CORTE PROMEDIO

YOGURT (DATOS LOGARITMICOS) Practica No. 2

Página 8

REOMETRÍA Ƭ prom (Pa)

log(Ƭ prom (Pa))

Ƴ prom (1/s)

log( Ƴ prom (1/s))

5

0.698970004

135.3333333

2.131404779

5.58

0.746634199

187.6666667

2.27338714

6.23

0.794488047

227

2.356025857

6.95

0.841984805

271

2.432969291

7.76

0.889861721

318.6666667

2.503336638

8.66

0.937517892

370.3333333

2.568592804

9.67

0.985426474

431

2.63447727

10.8

1.033423755

495.3333333

2.694897555

12.1

1.08278537

562.6666667

2.750251188

13.5

1.130333768

645.3333333

2.809784098

15

1.176091259

732

2.864511081

16.8

1.225309282

822.6666667

2.915223901

18.7

1.271841607

928

2.967547976

20.9

1.320146286

1024

3.010299957

23.3

1.367355921

1103.333333

3.042706739

26

1.414973348

1176.666667

3.070653451

29

1.462397998

1260

3.100370545

32.4

1.51054501

1350

3.130333768

36.2

1.558708571

1453.333333

3.162365235

40.4

1.606381365

1563.333333

3.194051588

45.1

1.654176542

1666.666667

3.22184875

46.23333333

1.664955206

1690

3.227886705

46.23333333

1.664955206

1690

3.227886705

46.03333333

1.663072424

1690

3.227886705

45.93333333

1.662127963

1690

3.227886705

GRAFICA

Practica No. 2

Página 9

REOMETRÍA

log(Ƴ prom) & log(Ƭ prom) 1.8

log(Ƭ prom)

1.6

f(x) = 0.95 x − 1.47 R² = 0.96

1.4

Linear ()

1.2 1 2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

log(Ƴ prom)

Grafica 3: DATOS LOGARÍTMICOS DE RAPIDEZ DE CORTE PROMEDIO Y ESFUERZO CORTANTE PROMEDIO (AJUSTE DE MÍNIMOS CUADRADOS) En el grafico No. 3, presenta los datos logarítmicos graficados y con ello un ajuste de cuadrados sin embargo no presenta la tendencia de una línea recta, por lo cual se procederá a buscar un método diferente y adecuado

Practica No. 2

Página 10

REOMETRÍA ACEITE PARA MOTOR (DATOS EXPERIMENTALES)

Practica No. 2

Página 11

REOMETRÍA ACEITE PARA MOTOR (PROMEDIOS) Ƭ1 (Pa)

Ƭ2 (Pa)

Ƭ prom (Pa)

Ƴ1 (1/s)

Ƴ2 (1/s)

Ƴ prom (1/s)

5

5

5

12.6

11.6

12.1

0.39683 0.43103

0.4139299

5.58

5.58

5.58

13.9

12.8

13.35

0.40144 0.43594

0.4186882

6.23

6.23

6.23

15.4

14.2

14.8

0.40455 0.43873

0.4216389

6.95

6.95

6.95

17

15.9

16.45

0.40882 0.43711

0.4229652

7.76

7.76

7.76

18.8

17.6

18.2

0.41277 0.44091

0.4268375

8.66

8.66

8.66

20.9

19.6

20.25

0.41435 0.44184

0.4280954

9.67

9.67

9.67

23.2

21.9

22.55

0.41681 0.44155

0.4291814

10.8

10.8

10.8

25.8

24.4

25.1

0.41860 0.44262

0.4306138

12.1

12.1

12.1

28.7

27.1

27.9

0.42160 0.44649

0.4340486

13.5

13.5

13.5

31.9

30.3

31.1

0.42320 0.44554

0.4343710

15

15

15

35.4

33.8

34.6

0.42373 0.44379

0.4337579

16.8

16.8

16.8

39.4

37.7

38.55

0.42640 0.44562

0.4360096

18.7

18.7

18.7

43.9

42

42.95

0.42597 0.44524

0.4356031

20.9

20.9

20.9

48.8

46.9

47.85

0.42828 0.44563

0.4369538

23.3

23.3

23.3

54.4

52

53.4

0.42831 0.44466

0.4364827

26

26

26

60.7

58

59.55

0.42834 0.44521

0.4367708

29

29

29

67.6

65

66.4

0.42899 0.44479

0.4368897

32.4

32.4