VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS NO NEWTONIANOS

Transcripción

1 1. PROBLEMA VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS NO NEWTONIANOS Para cada uno de los líquidos suministrados, describa el comportamiento de la viscosidad en un reograma e indique de qué tipo de fluidos se trata y cuál líquido elegiría en el caso de querer ahorrar energía para moverlo a altas velocidades de corte. 2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1 Medidas de higiene y seguridad Mantenga los recipientes con los líquidos tapados con parafilm. Secar cualquier derrame de líquidos en la mesa de trabajo. Mantener los líquidos usados en los mismos recipientes. No talle los husillos con fibra, solo enjuague con agua. 2.2 Materiales Vaso de precipitados de 600 ml Medidor Vernier Agitador de vidrio Viscosímetro Brookfield DV++ con accesorios 2.3 Sustancias Aceite 500 ml (líquido 1) Pintura vinil-acrílica 500 ml (líquido 2) 2.4 Servicios auxiliares Corriente eléctrica de 110 volts 2.5 Descripción del equipo El equipo consta de un viscosímetro Brookfield rotacional digital (1) con soporte (2), husillo (3) (en presentación de diferentes tamaños) y termopar (4).

2 2.6 Fotografía del equipo Desarrollo Experimental Preparación del equipo: 1. Coloque el viscosímetro en su soporte según la figura, conecte a la corriente eléctrica sin encender. 2. Conecte el cable del termopar al viscosímetro y sujete el termopar al vaso con sustancia con ayuda del clip. 3. Nivele la burbuja que está en la parte superior del viscosímetro primero moviendo suavemente la cabeza del mismo y luego girando los tornillos de la base (5). 3. Coloque el husillo elegido anotando el número indicado en la parte superior del mismo.

3 Operación del equipo: 5. Encienda el viscosímetro oprimiendo el botón ON/OFF de la parte trasera. Espere a que se realice el Autocero, indicado en la pantalla. 6. Siga las instrucciones que se indican en la pantalla del viscosímetro, utilizando el cuadro de flechas y oprimiendo suavemente el tablero digital. 7. Si en la pantalla aparece otro número de husillo al colocado, presione SELECT SPINDLE (SP) y con ayuda de las flechas UP o DOWN indique el número del husillo. Vuelva a presionar SP. Sobre la pantalla se modificará el valor del número del husillo. Esto debe hacerse dentro de los primeros 5 segundos. 8. Si desea ver sobre la pantalla el valor obtenido de la viscosidad (cp), en lugar del % de torque, presione SELECT DISPLAY. 9. Si desea una velocidad previa del husillo use las flechas. Esta velocidad aparecerá a la derecha de RPM y la velocidad actual (si el motor está encendido ON) aparecerá a la izquierda de RPM.

4 10. Para cambiar la velocidad del husillo presione la tecla SET SPEED. Se tomará la velocidad previa por la actual, así que deberá fijar otra velocidad previa si quiere cubrir el rango de velocidades que tiene el viscosímetro. Elija el rango de velocidades de 0 a 100 RPM. 11. Pare el motor oprimiendo el botón MOTOR ON/OFF. Determine lo siguiente: Antes de iniciar realice un precorte a los líquidos, agitando suavemente con un agitador de vidrio por espacio de 1 min. A. Baje la cabeza del viscosímetro hasta sumergir el husillo según la marca del mismo en el líquido problema. B. Con el motor apagado (MOTOR OFF) elija una velocidad angular Ω inicial de 1 RPM. Encienda el motor (MOTOR ON) y registre el Torque (%) y la viscosidad (cp). Incremente las velocidades RPM hasta 100 y registre los valores obtenidos en la tabla anexa. C. Pare el MOTOR, eleve el husillo por arriba del líquido, deje reposar por unos minutos la muestra líquida y realice un precorte. D. Repita el paso (A), disminuyendo las velocidades de 100 a 1 RPM. Registre los Torques (%) y viscosidades (cp) obtenidas en la tabla anexa. E. Pare el MOTOR, eleve la cabeza del viscosímetro y retire el husillo. F. Elija la muestra 2, coloque el husillo adecuado en el viscosímetro y registre su número. G. Repita los pasos (A) a (D) para la segunda muestra líquida. Recomendaciones: Procure que no le entren demasiadas burbujas de aire al fluido cuando lo coloque en el recipiente. ( Por qué es necesario considerar esto?). Sumerja el husillo en el fluido hasta su marca de inmersión. Considere el husillo adecuado si para todo el rango de las velocidades se obtienen lecturas de la viscosidad. Si aparece en la pantalla del viscosímetro EEEE o bién se debe elegir otra velocidad o bien cambiar el husillo. Presione MOTOR ON/OFF para apagar el motor, cada vez que se eleve o baje la cabeza del viscosímetro. El Torque total T TOT del viscosímetro RV es de dinas cm.

5 Paro del equipo: 12. Oprima el botón de paro MOTOR OFF y apague el viscosímetro (ON/OFF). 13. Eleve la cabeza del viscosímetro y retire el husillo. 14. Limpie y lave el husillo sólo con agua y jabón, sin fibra, séquelo bien. Mida su diámetro y espesor. 15. Retire y limpie el termopar junto con el clip. 16. Desconecte el cable eléctrico de la corriente y retírelo del viscosímetro. 17. Quite la cabeza del viscosímetro del soporte y guárdelo en su caja con cuidado junto con los cables de corriente y del termopar. 18. Desarme y guarde el soporte en su caja. 2.8 Información experimental Tablas de registro de datos: LÍQUIDO 1: No. de husillo: Radio del husillo: T ( C) Ω (RPM) TORQUE (%) VISCOSIDAD (cp) Corrida 1 Corrida 2 Corrida 1 Corrida

6 LÍQUIDO 2: No. del husillo: Radio del husillo: T ( C) Ω (RPM) TORQUE (%) VISCOSIDAD (cp) Corrida 1 Corrida 2 Corrida 1 Corrida CUESTIONARIO De sus datos experimentales obtenidos, responda para cada líquido en cuestión: 1. Si la velocidad angular Ω aplicada de 1 rpm se duplica, qué respuesta se obtiene del torque % T? 2. Si la velocidad angular Ω aplicada de 10 rpm se duplica, qué respuesta se obtiene del torque % T? 3. Si la velocidad angular Ω aplicada de 50 rpm se duplica, qué respuesta se obtiene del torque % T? 4. Dado el comportamiento anterior, cómo se comporta el torque frente a la velocidad angular? Explique con ayuda de una gráfica este comportamiento (gráfica1). 5. Qué tendencia seguirá la razón de cambio del %T/ Ω frente a la Ω? Se puede decir que esta razón es constante frente a Ω? Por qué? Reporte gráficamente este comportamiento (gráfica 2). 6. Si el torque es función de la velocidad angular aplicada, cómo se relaciona con el esfuerzo cortante que se aplica al fluido? Según sus observaciones experimentales cuál considera que será el área de contacto entre el husillo y el fluido?. Qué esfuerzos cortantes considera qué aparecen?

7 7. Por comparación de los dos líquidos, diga a qué cree que se deba que los dos fluidos describan al moverse diferentes patrones de flujo? 8. Obtenga la velocidad de corte dv θ /dr (1/s) para cada fluido a partir de la relación del esfuerzo cortante y viscosidad Brookfield. 9. Represente en una gráfica (gráfica 3) la relación que guarda el esfuerzo cortante (Dinas/cm 2 ) a la velocidad de corte (1/s) para cada fluido. Existe un cambio en la tendencia de los puntos con respecto a la gráfica 1?. En esta gráfica 3, qué representa la pendiente de esta línea?. Explique. 10. Proponga el modelo reológico empírico de cada fluido en base a la gráfica anterior. 11. Demuestre en forma gráfica para cada fluido que la razón de cambio del esfuerzo cortante a la velocidad de corte (gráfica 4) será similar a la obtenida a la gráfica 2. Porqué es esto posible?. 12. En cuál de los líquidos no se presenta una dependencia de la viscosidad con la velocidad de corte? 13. En cuál de los líquidos se presenta una mayor resistencia a fluir para bajas velocidades de corte? 14. En cuál de los líquidos el esfuerzo cortante no presentará dependencia con velocidades de corte altas?. 15. Dado el comportamiento observado de los líquidos en la gráfica 4, diga de qué tipos de fluidos se trata. 16. Cuál líquido elegiría en el caso de querer ahorrar energía para moverlo a altas velocidades de corte? 4. NOMENCLATURA Ω Velocidad angular en (RPM) T Torque en (Dinas/cm 2) Viscosidad en (cp) 5. BIBLIOGRAFÍA Bird R., Steward W. and Lightfood E., Transport Phenomena, N. Y., John Wiley & Sons, 2a. Ed., Barnes H., Hutton J. and Walters K., An Introduction to Rheology, Elsevier Science B. V., Morrison F. A., Understanding Rheology, Oxford Univ. Press, USA, 2001.