MECANICA DE LOS FLUIDOS

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1 TP 1 PROPIEDADES REOLÓGICAS 1) Determinación de la viscosidad con viscosímetro Rotovisco Objetivo: determinar la viscosidad de distintos tipos de fluidos Material a utilizar: Viscosímetro Rotovisco con cabezal Haake Descripción del viscosímetro: Consta de un cabezal cilíndrico dentro de un vaso (ambos calibrados) [1] El cabezal gira a velocidades definidas y de acuerdo al esfuerzo de corte determinará la viscosidad El equipo se divide en un sistema de control [2] y el soporte del cabezal [3] con el cabezal propiamente dicho Figura 1 Vista del viscosímetro Posee un selector de velocidad (mayor número, menor velocidad) y una aguja indicadora Lectura selector (U) Velocidad (rev/min) Lectura selector (U) Velocidad (rev/min) Página 1 de 8

2 Figura 2 Vista del selector de velocidad Calibración: cuando está sin rotor se debe leer en la aguja 0 Se lleva a cero con la perilla cal Figura 3 Vista del panel de control Página 2 de 8

3 En el impulsor del cabezal hay una palanca selectora Se usa en 50 cuando la viscosidad es menor o igual a cp En caso de que la viscosidad sea superior a cp (la aguja salta al extremo máximo) se coloca dicho selector en 500 Instrucciones de uso: Verificar el cero de la escala: colocar el cabezal en el eje y hacerlo girar en vacío, colocando previamente el selector de salida en Scale Si la lectura es distinta de 0, llevar la misma a cero con la perilla correspondiente Medición de viscosidad: Colocar el líquido en el vaso, llenándolo hasta la marca superior que corresponde al rotor disponible (MVII) Insertar el vaso, asegurar el mismo Encender el equipo, tomar lecturas sobre la escala (S) Cálculo: La viscosidad se calcula en función de las lecturas del instrumento Del manual del mismo: µ = U S K (cp) τ = A S (dina/cm 2 ) U: lectura del selector de velocidades K: constante que depende de la geometría del equipo Se debe determinar con un líquido de viscosidad conocida a 20 ºC = 4,51 para el accesorio MVII A: factor de empuje, que depende del accesorio utilizado = 3,76 para el accesorio MVII Página 3 de 8

4 Actividades: 1 Medición de la viscosidad de aceite comestible a temperatura ambiente a- Montaje del equipo: colocar el rotor, verificar el 0 de la escala b- Cargar el líquido en el vaso hasta la segunda marca (volumen de trabajo para el accesorio MVII) y colocarlo en el rotor c- Desarrollo del ensayo: dado que el agua tiene una viscosidad inferior a los cp se coloca el selector del cabezal en 50 d- Medición de la viscosidad a distintas velocidades de corte Se medirá cuando la lectura de la aguja sobre la escala se estabilice Se confeccionará la siguiente tabla: Fluido: Temperatura (ºC): Fecha: Selector (U) Velocidad Lectura (S) µ= USK dv/dr τ = AS N (rpm) Para este tipo de viscosímetros dv/dr = 2 π r 2 N/(60 b) = 1,75 * N Donde: N = velocidad de rotación r 2 = diámetro interior del vaso = 41,8 mm b = espesor de fluido entre el vaso y el rotor 2,5 mm e- Luego se graficarán los valores del esfuerzo de corte en función del gradiente de velocidad 2 Medición de la viscosidad de un petróleo crudo a temperatura ambiente a- Montaje del equipo: colocar el rotor, verificar el 0 de la escala b- Cargar el líquido en el vaso hasta la segunda marca (volumen de trabajo para el accesorio MVII) y colocarlo en el rotor c- Desarrollo del ensayo: dado que el crudo que se utilizará tiene una viscosidad inferior a los cp se coloca el selector del cabezal en 50 d- Fijación de la temperatura: se medirá con un termómetro colocado en el baño que rodea al cabezal El mismo se alimentará con agua proveniente de otro baño termostatizado Se efectuará la lectura de la viscosidad cuando la lectura del termómetro se estabilice e- Medición de la viscosidad a distintas velocidades de corte Se confeccionará la siguiente tabla para cada temperatura: Página 4 de 8

5 Fluido: Temperatura (ºC) = Fecha: Selector (U) Velocidad Lectura (S) µ= USK dv/dr τ = AS N (rpm) Para este tipo de viscosímetros dv/dr = 2 π r 2 N/(60 b) = 1,75 * N Donde: N = velocidad de rotación r 2 = diámetro interior del vaso = 41,8 mm b = espesor de fluido entre el vaso y el rotor 2,5 mm f- Luego se graficarán los valores del esfuerzo de corte en función del gradiente de velocidad para cada temperatura 2) Determinación del peso específico de un combustible diesel y de una salmuera Principio de funcionamiento: Cuando se sumerge en un líquido un cuerpo, este último recibe una fuerza de abajo hacia arriba igual al peso del líquido desplazado Si el cuerpo es más liviano que el fluido que desplaza flota Este principio se usa para medir el peso específico de líquidos en forma directa y en forma indirecta se determina la densidad El instrumento que se usa se llama densímetro Consiste en un cuerpo cilíndrico cerrado, hueco en su mayor parte, con un vástago de menor diámetro en la parte superior, con una escala invertida En el extremo inferior se coloca un peso que permite equilibrarlo Al colocarlo en un líquido, se sumerge el cuerpo completamente y parte del vástago La longitud de emergencia del vástago es proporcional al peso específico del líquido Actividades: a- Se observará y describirá el instrumento, realizando un croquis del mismo b- Determinación del peso específico: Para llevar a cabo el ensayo, se utiliza una probeta de volumen adecuado para que el Instrumento no toque las paredes del mismo Se sumerge el densímetro haciéndolo girar para evitar que toque las paredes de la probeta Se lee en el vástago el peso específico correspondiente Página 5 de 8

6 Densidad de un combustible diesel: se utilizará el densímetro graduado en API y luego se obtendrá la densidad relativa mediante la fórmula API = 141,5 /S- 131,5 Densidad de una salmuera se utilizará el densímetro graduado en densidad Se realizará la conversión a API y a Baumé Be = 140/S-130 para líquidos más ligeros que el agua Be = /S para líquidos más pesados que el agua 3) Determinación de la Viscosidad de aceites con Viscosímetro Saybolt Descripción y Funcionamiento del equipo: Consta de un baño térmico para regular la temperatura de las muestras La misma se regula a través del selector de potencia y el control de temperatura Puede cargar hasta cuatro líquidos simultáneamente para realizar mediciones A través de boquillas intercambiables con diámetros de descarga diferentes puede medirse en el sistema Saybolt Universal o Saybolt Fural Se carga la muestra (60 cm 3 ) en la parte superior del equipo hasta el rebalse correspondiente A través del display y control de temperatura se setea la temperatura deseada del ensayo Se espera aproximadamente 30 min para que la muestra alcance dicha temperatura Luego se saca el tapón del recipiente y se comienza a medir el tiempo de escurrimiento del líquido con un cronómetro Cuando termina de escurrir, se toma el tiempo que tardó en segundos Se aplican las ecuaciones correspondientes para determinar la viscosidad cinemática del líquido Reseña Teórica Viscosímetro Saybolt Página 6 de 8

7 El funcionamiento de este tipo de viscosímetros se basa en el las ecuaciones de Hagen Poiseuille Se mide el tiempo de escurrimiento de un determinado volumen de líquido en un dispositivo con dimensiones conocidas, como todas las magnitudes de la ecuación, excepto el tiempo, son constantes, este tipo de ensayos solo sirve para medir líquidos newtonianos Ecuación de Hagen Poiseuille Q = caudal R = radio g = gravedad ρ = densidad P = diferencia de presión µ = viscosidad dinámica L = longitud V = volumen t = tiempo ν = viscosidad cinemática Para el equipo utilizado en estos ensayos se consideran 60 cm 3 de líquido y según el diámetro del orificio de descarga será el sistema de medición: SSU: Segundos Saybolt Universal, para subproductos del petróleo y lubricantes con viscosidad dinámica entre 32 y 1000 SSU Φ orificio =1,765 mm Para calcular la viscosidad cinemática en cst se utiliza la siguiente ecuación: V=SSU/46347 [cst] SSF: Segundos Saybolt Fural, para aceites pesados con viscosidad dinámica mayor a 25 SSF Φ orificio =3,15 mm Para calcular la viscosidad cinemática en cst se utiliza la siguiente ecuación: V=SSF/04717 [cst] Actividad: 1) Medir la viscosidad cinemática de distintos líquidos: Tipo de líquido Sistema de medición Temperatura [ºC] Tiempo medido [s] Viscosidad Cinemática [Stoke] Página 7 de 8

8 Observaciones Página 8 de 8