Practica Fenomenos Reologia

7/21/2019 Practica Fenomenos Reologia

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1. OBJETIVO

El ob<etico de esta pr+ctica es obtener el comportamiento en &u<o o reol!gico de

&uidos a través de sus curvas de &u<o= utili-ando un viscosímetro rotacional decilindros concéntricos > determinar sus viscosidades de corte de estos &uidos$

2$$. INTRODUCCION TEORICA

?onceptos*

luido

Un &uido es capa- de &uir debido a las @uer-as de co,esi!n en sus moléculas >de@ormarse continuamente cuando se somete a un es@uer-o cortante$ La

viscosidad ') es una propiedad de transporte= >a 3ue cuanti@ica laconductividad de cantidad de movimiento a través de un medio conductivo o&uido$ Se interpreta como la resistencia 3ue o@recen los &uidos a serde@ormados cuando son sometidos a un es@uer-o$

?lasiBcaci!n de los &uidos

El ,ec,o de 3ue en cada punto de un &uido en movimiento exista un es@uer-ocortante > un gradiente de velocidad= sugiere 3ue estas magnitudes puedenrelacionarse$ La (eología es una disciplina cientíBca 3ue tiene 3ue ver con el

estudio de la de@ormaci!n > &u<o de los materiales$

.uc,os materiales= naturales o ,ec,os por el ,ombre= presentancomportamientos de &u<o comple<os 3ue son= con @recuencia= lo 3ue se esperade dic,o material$ Un e<emplo de este tipo de comportamiento es el 3ueex,ibe la pintura* esta debe &uir @+cilmente cuando se le aplica con unabroc,a o rodillo= pero el &u<o debe cesar casi por completo una ve- 3ue ,a sidoaplicada para evitar 3ue esta c,orree sobre la pared$

La (eología se encarga del estudio de este tipo de &uidos= las causas de

comportamiento > su mani@estaci!n ba<o condiciones de &u<o$ %e la mismamanera= la (eología se apo>a en la (eometría= la cual implica un con<unto detécnicas para llevar a cabo mediciones reol!gicas$';)

La Bgura siguiente representa diversos aspectos del comportamiento reol!gicode &uidos= a temperatura > presi!n constantes$





tensioactivos= pinturas= cauc,o= etc$ Normalmente son sustancias compuestaspor macromoléculas alargadas 3ue se orientan segn una direcci!n al aplicarlesun es@uer-o determinado$

Línea %* Esta línea representa el comportamiento de un luido dilatante$ Su

viscosidad aparente parece 3ue aumenta con $ Son escasos los &uidos 3ueresponden a este comportamiento$ Entre ellos est+n las suspensionesconcentradas de arena Bna en agua= el !xido de etileno en agua= elpoliisobuteno= metacrilato de metilo en alco,ol amílico= suspensiones dealmid!n= la goma ar+biga= etc$

'#),ttp*88&uidos$eia$edu$co8,idraulica8articuloses8conceptosbasicosm&uidos8noneCtonianos8noneCtonianos$,tml

• 2iscosidad

La viscosidad es la propiedad de un &uido 3ue tiende a oponerse a su &u<ocuando se le aplica una @uer-a$ Los &uidos de alta viscosidad presentan unacierta resistencia a &uirF los &uidos de ba<a viscosidad &u>en con @acilidad$ La@uer-a con la 3ue una capa de &uido en movimiento arrastra consigo a las capasad>acentes de &uido determina su viscosidad= 3ue se mide con un recipientellamado viscosímetro 3ue tiene un oriBcio de tama1o conocido en el @ondo$ Lavelocidad con la 3ue el &uido sale por el oriBcio es una medida de su viscosidad$':)

La viscosidad depende @uertemente de la temperatura " > de la presi!n=normalmente en los lí3uidos la viscosidad disminu>e al aumentar la

"emperatura= mientras 3ue en los gases es al revés$

J K aexp'b8") ';)

La Le> de Andrade es un e<emplo de la dependencia de la viscosidad con la

"emperatura para los &uidos$ La viscosidad de los &uidos aumenta con la

presi!n$ '5)

(eometría '(t) *

Es la parte experimental de la (eologíaF para esto se emplea un (e!metro conel 3ue se mide > cuantiBcan las microestructuras invisibles a simple vista demateriales > &uidos$ Adem+s de los (e!metros Mde laboratorioM= existen losMcomercialesM$ Las industrias > laboratorios los pueden elegir en un espectroamplio segn los ensa>os a reali-ar= dependiendo esto= a su ve-= del uso= de lasaplicaciones reol!gicas > de los desarrollos tecnol!gicos 3ue deseen ,acer$ Por

e<emplo es laboratorios de otros países= como .éxico= se ,an dise1ado >construido= con la colaboraci!n de los talleres de 2idrio > .ec+nico del ?eride



?onicet > de la IQUNL= los cuales son dispositivos simples > pr+cticos 3uecumplen Bnes reométricos destacables$

ig$# "ipos de re!metros

':),ttp*88upcommons$upc$edu8p@c8bitstream8#9$;859:885$;$#92iscosidad$pd@

'5) ,ttp*88CCC$itescam$edu$mx8principal8s>labus8@pdb8recursos8r:6:$P%

Aplicaciones

En el campo biotecnol!gico= la in@ormaci!n obtenida a partir de la (eologíapermite diagnosticar patologías caracteri-ando &uidos biol!gicos en el contextode la biorreología 'cual3uier materia o sustancia de organismo ,umano= animalo vegetal) > de la ,emorreología 'para diagnosticar en@ermedades en la sangre)$En el campo biomédico= permite predecir respuestas de materiales > &uidos endesempe1os mec+nicos comple<os de la vida pr+ctica= desde el de una pr!tesis'para saber si es mec+nicamente compatible) ,asta un compuesto industrial tal

como una pintura= una Bbra textil o un ad,esivo$

ig$:$ Aplicaci!n en los alimentos de la reologRaPara producir un >ogurt= una ma>onesa= un dulce untable= una mermelada=todas de consistencia agradable se re3uiere conocer sobre la reología$ ')

• LE %E LA 2IS?OSI%A% %E NET"ON

Al comien-o ,emos deBnido los &uidos como a3uellas sustancias 3ue sonincapaces de resistir es@uer-os cortantes$ ?uando lo metemos un cuerpo s!lidoa la acci!n de un sistema de es@uer-os cortantes= experimenta una de@ormaci!nbien deBnidaF por el contrario= los &uidos se de@orman continuamente ba<o laacci!n de los es@uer-os cortantes viene expresado por*

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9403/8/4.1.%20Viscosidad.pdf






'#)

'%onde S> es el +rea del elemento de @luido 3ue est+ en contacto con lal+mina m!vil$)

la le> de la viscosidad de NeCton puede expresarse como

':)

?uando deseamos calcular el es@uer-o cortante en un &uido= resultaciertamente deseable @ormular una expresi!n de la velocidad de de@ormaci!ndV8dt en @unci!n de magnitudes m+s

@+cilmente medibles$ Para eso= consideraremos el despla-amiento lineal Wexperimentado por la

'),ttp*88&uidos$eia$edu$co8,idraulica8articuloses8conceptosbasicosm&uidos8reologia8reologia$,tml

l+mina m!vil durante el intervalo de tiempo t= 3ue vendr+ dado por

'5)

t > 3ue es el mismo 3ue ,abr+ experimentado la super@icie del elemento de@luido 3ue est+ en contacto con dic,a l+mina m!vil$ Puesto 3ue el +ngulo V esmu> pe3ue1o= también podemos

escribir de modo 3ue igualando ambas expresiones se obtiene

') > '6)

> tomando límites en ambos miembros de esta igualdad resulta

')

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/reologia/reologia.html






de modo 3ue la velocidad de de@ormaci!n del elemento &uido es igual algradiente transversal de velocidad en el mismo$ %e acuerdo con este resultado=la le> de viscosidad de NeCton se escribe en la @orma

')

A,ora consideraremos una situaci!n algo m+s general= en la 3ue un &uidoviscoso &u>e en régimen laminar= de modo 3ue las partículas &uidas se muevencon tra>ectorias rectilíneas > paralelas$

Los es@uer-os cortantes sobre las caras

superior e in@erior vendr+n expresados por*

';9)

?oeBciente de viscosidad$Introduciendo un coeBciente de proporcionalidad adecuado para cada sustancia&uida= la proporcionalidad 3ue expresa la le> de viscosidad de NeCton seconvierte en igualdadF esto es*

';;)

El coe@iciente J recibe el nombre de coe@iciente de viscosidad absoluta odin+mica= o simplemente coeBciente de viscosidad= > representa el cocienteentre el es@uer-o tangencial o cortante > el gradiente transversal de velocidadFes decir



';#)

3. Procedimiento





4. TABLA DE DATOS EPERI!ENTALES

An"#i$"ndo mie# %"ro# &e o't()o



*. C+#c(#o&

Anali-ando la curva se ,ace un a<uste con mínimos cuadrados

A<uste por .ínimos ?uadrados

x X# xY> Z D 'pa) > 'PaYs)

75=656 6=5 ';8s) ;9=;:7# ;=;7675;56=5; ;6=; > ;5=;6:656 ;=;79557##=#5 :#7=6 D 'pa) ;=66 ;=;657#5:57=6 6:5=;5 #7=;6;:5 ;=;6979;5

;96=# ;#:=:: [ :7=55 ;=;7767#97=:6 #597=6 ;=;9#797 #=67#69; ;=;65;67

5955=6 567=:# b 7:=59;7; ;=;5;;77#



7=55 ;56=5 9=#5:#56 ;9#=::6 ;=;:9##;:;:76 ;77:# ;5#=775;: ;=;##:7#:9#76 :599 #99=:9#66 ;=;;66#:9#76 :599 #99=:9#66 ;=;;66#

;:76 ;77:# ;5#=775;: ;=;##:7#7#; ;67 ;9#=6;5;6 ;=;:9;;

5979=55 579#=96 7:=6:;: ;=;5;96##9=5 #5;#=6 #=;## ;=;6#;96=# ;#:=:: :7=55 ;=;776757=6 6:5=;5 #7=;6;:5 ;=;6979;5##=#5 :#7=6 ;=66 ;=;657#5:

;55 ;66= ;5=956## ;=;797;7:=6 6 ;9=;:775 ;=;799#

;#:6:9=6 ;5#56= Suma

%onde*

Y

∑ ¿¿

∑ X ¿2

( No. pts)(∑ X 2)¿

( Npts) (∑ XY )−(∑ X )¿ K =¿

>

Y

∑ ¿¿

−(∑ X ) (∑ XY )¿

∑ X ¿2

(∑ X 2)¿

b=¿

?alculo de > KHYx\b

"eniendo ese valor se despe<a viscosidad *

µ= Esfuerzo(τ )Velocidad (γ )

[¿ ] Pa

s−1



(esolviendo con seria de potencias

?on la le> de NeCton modiBcada

m= ln(τ )

ln (γ )

m=ln( μ)

μ=em



,. Porcent"-e& de error

Porcenta<es de error

'PaYs) teorico E min E exp;#=;6=# 9=7 9=7#

;#= 9=65 9=7#

9=6 9=7#

9=7; 9=7#

9=75 9=7#

9=7 9=7#

9=77 9=7#

9=7 9=7#

9=7 9=7#

9=7 9=99=7 9=9

9=7 9=9

9=7 9=9

9=77 9=7#

9=7 9=7#

9=75 9=7#

9=7; 9=7#

9=6 9=7#

9=6: 9=7#

9=7 9=7#







At"#i Ve#"$/(e$ 0"rci"

Al experimentar con el Aceite de transmisi!n en base a la graBca 'es@uer-o de

corte vs rapide- de corte ) se nota estima 3ue su comportamiento es lineal= esdebido a 3ue cuando se aumenta la presi!n la velocidad también aumentara= encambio la viscosidad se llega a mantener constante= para 3ue el valor de laviscosidad cambie= depender+ del tiempo= ,asta el punto ;9= cuando >a es untiempo de ;9 seg existi! el cambio de viscosidad a pesar de ese cambio eles@uer-o > la rapide- aumentan= entonces en la graBca de 'viscosidad vs rapide-de corte) se comprueba 3ue la viscosidad se esta comportando como constante=&uido neCtoniano= se aplica una regresi!n lineal a estos &uidos para tener uname<or visi!n de la viscosidad= en este &uido @ue @+cil determinar 3ue era

neCtoniano= pero aveces la graBca re3uiere la regresi!n lineal$ No tiene la-o de,isterisis es decir 3ue en el intervalo de regreso disminuci!n de presi!n= sucomportamiento es el mismo= si llegara a ser di@erente se debe anali-ar poraba<o o arriba de la ,isterisis='reversible) por lo tanto es importante la graBca dela viscosidad del &uido$

El segundo &uido= .iel Harol= con sus simples características @ísicas es evidente3ue es mas denso= como >a se menciono en las observaciones se necesitan maspuntos de medicion > presi!n$ Se muestra 3ue existio un cambio de velocidadmas notorio= desde el punto 6 la viscosidad aumento > la presi!n con@erme se

e@ectuaron las medidas la rapide- de corte aumento > entonces si anali-amoslos puntos siguientes por e<emplo el ; la viscosidad cambio r+pido del valor enel 3ue se encontraba= con la graBca 'es@uer-o de corte vs rapide- de corte) aescala logarítmica es @+cil observar 3ue el adelga-ante se comporta comoadelga-ante$ "ambién no presenta ,isterisis es reversible= eso se anali-a con lagraBca de es@uer-o de corte vs rapide- de corte= es reversible$ para mencionara la temperatura se conBrma 3ue a ma>or temperatura la viscosidaddisminuir+ $

O'&er)"cione&

Al e@ectuar el experimento ser+ di@erente la temperatura del viscosímetro a la3ue se registrara el experimento por3ue existe una pérdida o ganancia duranteel transporte $

Para el segundo @uido 3ue correspondio a la miel como el movimiento ser+lento= por las características del &uido= por lo tanto se cambio el intervalo parala presi!n > tener una me<or medici!n de viscosidad= por3ue cunado tenga ;99pa aun no sera lo si@uciente como en el &uido ; 'Aceite de transmicion)$

Se observo también si = los &uidos presentan la-o de ,isterisis mediante lagraBca$recordando 3ue estas graBcas est+n en escala logarítmica$



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