Embed Size (px)
Citation preview
VISCOSÍMETROS
CATALINA MONTOYA BUSTAMANTEFRANKY ESTEBAN BEDOYA LORA
REOLOGÍA: Ciencia que estudia el flujo y deformación de los fluidos, cuando se someten a un esfuerzo de corte o cizalladura. Las características de los fluidos cambian cuando son sometidos a este tipo de esfuerzos.
VISCOSIDAD: Se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas, es decir, resistencia a fluir.
DEFINICIONES
Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en el una tensión de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. La tensión de corte (τ) puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia
DEFINICIONES
DEFINICIONES
Así la viscosidad es una medida indirecta de la fuerza de fricción entre las capas del fluido y entre la
superficie y el fluido.
Viscosidad dinámica: También denominada viscosidad absoluta
η o μUnidad: Poise
Viscosidad cinemática: Relación
entre viscosidad absoluta y la densidad
vUnidad: 1 St = 1 cm2/s
Viscosidad Aparente: Se denomina así a la viscosidad relativa a
fluidos no newtonianos
Para qué hacer medidas reológicas o de viscosidad?
Para un control de calidad de una materia prima que debe ser consistente con requerimientos y tecnología de proceso donde se utilizará. Es muy útil para diseño de sistemas de bombeo y sistemas de tubería.
Se usa en síntesis de polímeros, permiten analizar cantidades relativas sin conocer el peso molecular.
Analizar el curso de reacciones químicas para el control de calidad de producción. Estudio de tratamientos térmicos, mecánicos, químicos, verificar los efectos de aditivos. Predicen y controlan las propiedades del producto.
Temperatura: Algunos fluidos son muy sensibles a la temperatura y un cambio muy pequeño en esta resulta en una variación significativa en su viscosidad. Otros son relativamente insensibles.
v = A exp ( Ev / k T)
Deformación: Cambio en la forma del fluido debido a la aplicación de fuerzas externas. Cuando el fluido se deforma puede observarse un perfil de velocidad.
Factores sobre la medida
Tipos de fluidos
Fluido newtoniano: a una presión y temperatura dadas, únicamente es necesario conocer un parámetro, la viscosidad, y por tanto, una sola medida es suficiente. Ejemplos: La gasolina y el agua.
Tipos de fluidos
Fluido no newtoniano: Es aquél cuya viscosidad varía con la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.
Los fluidos No Newtonianos se suelen medir con instrumentos análogos al viscosímetros llamados Reómetros. Y a su viscosidad se le denomina viscosidad aparente.
Fluidos No newtonianos
PseudoplásticosPlásticos
Dilatantes
Tixotropía: La viscosidad decrece con el tiempo cuando están bajo condiciones de deformación constantes, como agitación constante
Reopexia: La viscosidad aumenta con el tiempo.
Fluidos No newtonianos
Fluidos No newtonianos
Tipo de fluido Comportamiento Características EjemplosPlásticos Plástico perfecto La aplicación de una
deformación no conlleva un esfuerzo de resistencia en sentido contrario
Metales dúctiles una vez superado el límite elástico
Plástico de Bingham Relación lineal entre el esfuerzo cortante y el gradiente de deformación una vez se ha superado un determinado valor del esfuerzo cortante
Barro, algunos coloides
Limite seudoplastico Fluidos que se comportan como seudoplásticos a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Limite dilatante Fluidos que se comportan como dilatantes a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Fluidos que siguen la Ley de la Potencia
seudoplástico La viscosidad aparente se reduce con el gradiente del esfuerzo cortante
Algunos coloides, arcilla, leche, gelatina, sangre.
Dilatante La viscodidad aparente se incrementa con el gradiente del esfuerzo cortante
Soluciones concentradas de azúcar en agua, suspensiones de almidón de maíz o de arroz.
Fluidos No newtonianos
Fluidos Viscoelásticos Material de Maxwell Combinación lineal "serie" de efectos elásticos y viscosos
Metales, Materiales compuestos
Fluido Oldroyd-B Combinación lineal de comportamiento como fludioNewtoniano y como material de Maxwel
Betún, Masa panadera, nailon, Plastilina
Material de Kelvin Combinación lineal "paralela" de efectos elásticos y viscosos
Plástico Estos materiales siempre vuelven a un estado de reposo predefinido
Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo
Reopéctico La viscosidad aparente se incrementa con la duración del esfuerzo aplicado
Algunos lubricantes
Tixotrópico La viscosidad aparente decrece con la duración de esfuezo aplicado
Algunas variedades de mieles, ketchup, algunas pinturas antigoteo.
Fluidos No newtonianos
UNIDADES
Viscosidad dinámica: Viscosidad absoluta 1cP o 1 Pa.s = 1 N.s.m-2
Viscosidad Cinemática: Relacion entre viscosidad absoluta y densidad, 1 Stoke = 1 cm2/s
Grados Engler: Relacion entre el tiempo en segundos de salida de 200 ml de muestra a la temperatura de ensayo y el tiempo de salida de 200 ml de agua destilada a 20C a través del viscosímetro Engler.
Viscosidad Saybolt Universal: Es el tiempo (S’’) o (SSU) que tardan en fluir 60 ml de líquido muestra a través del orificio Furol calibrado.
Viscosidad Redwood: Es el tiempo en segundos (SR) o (R) que tardan en fluir 50 ml de líquido muestra en un orificio calibrado.
UNIDADES
Viscosímetro Un viscosímetro, denominado también viscómetro, es un instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido. La viscosidad es una propiedad que no se determina directamente sino que se calcula a partir de la medida de otras magnitudes.
FluidoMedicion
Magnitudest, F, V
Calculo Viscosidad
η
CLASIFICACION DE VISCOSIMETROS
Newtonianos
Capilares Vibracion Rotacionales
Tubos en U
Ostwald
Ubblohde
De caida
Esfera
Bara
Piston
Midiendo la potencia necesaria para mantener el
oscilador vibrando
Midiendo el tiempo de decaimiento de la
oscilación una vez la excitación cese
Midiendo la frecuencia del resonador como una
función del Angulo de desfase entre la excitación y las ondas de respuesta
Brookfield• Cup and Bob• Cone and Plate
Stabinger: Cilindro interno vacio
Stormer: Para pinturas, rotor y paleta
Tambor: Cilindros axiales
Varios Comerciales
CAPILARES
Compuestos por un tubo muy delgado por el cual se mueve el fluido y dependiendo de la velocidad con que lo hace se mide su viscosidad. Es imposible emplearlos con precisión en la determinación de la viscosidad de los fluidos no-newtonianos
ASTM D445Ostwald
Ubblohde Engler
VISCOSÍMETRO DE OSTWALD
El viscosímetro de Ostwald es de vidrio. Posee un ensanchamiento en forma de ampolla conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento
El conjunto se introduce en un baño termostático para fijar la temperatura
DE CAIDA
Una esfera de conocido tamaño y densidad se deja caer a través del líquido. Si esta es seleccionada correctamente esta alcanza la velocidad terminal o final, para la cual puede ser medido el tiempo que toma en atravesar las dos marcas en el tubo.
DE CAIDA
En estos viscosímetros el fluido es obligado a salir del depósito, a través de un tubo o capilar, por medio de un pistón accionado por un dispositivo mecánico, neumático o hidráulico.
VIBRACION
Los de vibración, determinan la viscosidad mediante una serie de ondas vibratorias aplicadas al fluido en cuestión y su respuesta a ellas. El resonador generalmente oscila en generando torsión o transversalmente, como un diapasón. Mientras más alta sea la viscosidad, mayor es el amortiguamiento. Se pueden obtener lecturas hasta de 1000 Pa.s.
ROTACIONALES
Un viscosímetro de tipo rotacional, está compuesto por una cámara cilíndrica transparente en donde se vierte el fluido a estudiar. Un disco, lentejuela o aguja, usada como referencia de movimiento. Una manivela conectada a un torquímetro
ROTACIONALES
Viscosimetros Brookfield: Son los clásicos viscosímetros rotacionales, estos determinan el torque de un disco o balanceo en un fluido a una velocidad conocida.
Viscosimetros Stabinger: Modificando el clásico viscosímetro rotacional Couette se puede alcanzar una viscosidad cinemática más exacta. El cilindro interno en el viscosímetro Stabinger está vacío y es más ligero que la muestra, por lo tanto flota libremente en la muestra, centrado por las fuerzas centrífugas.
Los viscosímetros Stormer con instrumentos rotacionales usados principalmente para determinar la viscosidad en pinturas, son muy comunes en la industria de pinturas. Este consiste en un rotor tipo paleta que gira por un motor interno sumergido en un cilindro de sustancia viscosa. ASTM D562, viscosidad en Krebs
ROTACIONALES
Se trata de un viscosímetro de cilindros coaxiales. Consiste en un vaso rotatorio con un cilindro interior sostenido por un alambre de torsión que descansa en un cojinete en el fondo del recipiente
VISCOSIMETROS COMERCIALES Y REGISTRADOS
VISCOSÍMETRO FANN
El equipo es cilindro rotacional calibrado. Posee una copa de calentamiento termostáticamente calibrada. Puede manejar rangos de temperatura de 32 a 220 ºF.Consiste en medir el esfuerzo de corte en función de la velocidad angular. El viscosímetro es graduado es alta y baja frecuencia, para cada una de las frecuencias, se mide la tasa de corte a 100 rpm, 300 rpm y 600 rpm. Los datos obtenidos son llevados a las ecuaciones de los fluidos de estudio.
VISCOSÍMETRO UNIVERSAL DE SAYBOLT
La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad. Éste es el principio sobre el cual está basado el viscosímetro universal de Saybolt. Después de que se establece el flujo, se mide el tiempo requerido para colectar 60 ml del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en Segundos Universales Saybolt (SSU o, en ocasiones, SUS).
El viscosímetro Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo esta un orificio de dimensiones especificas. El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante. El viscosímetro Saybolt Furol: Utiliza el mismo principio que el universal, excepto que es diseñado con un orificio más grande para adaptarse a fluidos más viscosos.
VISCOSÍMETRO UNIVERSAL DE SAYBOLT
VISCOSÍMETRO DE ZAHN
La viscosidad de un líquido medida mediante este viscosímetro es expresada en segundos, que es el tiempo que tarda en pasar un volumen definido de 44 cc de líquido que fluye a través de un orificio en medio de la copa metálica.
EMBUDO MARSH
Usado para determinar la viscosidad en operaciones de perforación de pozos. Consiste en un embudo con una rejilla en la parte superior para la retención de partículas, se coloca encima de una copa graduada de 946 cm3. El lodo es vertido por encima de la malla, la cual va reteniendo las partículas. Luego se toma el tiempo que tarda el fluido en llenar la copa. Este tiempo siempre se toma en segundos.
El tiempo que tarda el agua en recorrer el embudo Marsh a 70 ºF (21ºC) es de 26 segundos, esa es la viscosidad Marsh.
.
CANNON
CAPILARES
CANNON
ROTACIONALES
REOMETROS
La palabra reómetro viene de Grecia, y significa dispositivo que mide flujo. En el siglo XIX era usado para nombrar a los dispositivos que medían la corriente eléctrica, hasta que la palabra fue sustituida por galvanómetro o amperímetro. Fue hasta el siglo XX en el cual el termino reologia se asigno a la medición de características mas que a la cantidad de flujo, el otro uso dado es obsoleto.En otras palabras un reómetro se usa para medir las propiedades reológicas de sustancias líquidas o que fluyen. Es usado tanto si el objetivo es simplemente medir la viscosidad en función de la velocidad de corte o determinar el comportamiento de un fluido no newtoniano, hasta medir la propiedades reológicas mas complejas como la viscoelasticidad como función de la frecuencia o temperatura.
Segun tipo de corte
Capilares Rotacionales Cono y plato
CLASIFICACION DE REOMETROS
Otros tipos
Acusticos
Cuerda Forzada
Segun Sustancia
Asfalto
Materiales semisolidos
Suspensiones y emulsiones
Polimeros fundidos
CAPILARES
El líquido es forzado a pasar a través de un tubo de sección transversal constante y dimensiones conocidas bajo flujo laminar. Si algunas de las dos variables es fija, sea velocidad de flujo o la caída de presión, la otra es medida. Conociendo las dimeniones, la velocidad de flujo puede ser convertida en el valor de velocidad de corte y la caída de presión en el esfuerzo de corte. Variando la presión o el flujo se puede realizar una curva de flujo determinada.
ROTACIONALES
El líquido se ubica dentro del anillo formado al colocar un cilindro dentro de otro. Uno de los cilindros rota a una velocidad fija. Esto determina la velocidad de corte dentro del anillo. El líquido tiende a llevarse consigo el otro cilindro, y la fuerza ejercida sobre el cilindro (torque) es medida, esto puede ser convertido al esfuerzo de corte. Una versión de este es el Fann V-G viscosímetro. Fann V-G
CONO Y PLATO
El liquido es ubicado en un plato horizontal y un cono muy obtuso es ubicado dentro de este. El ángulo entre la superficie del cono y el plato es del orden de 1 grado. Generalmente el plato rota y la fuerza sobre el cono es medida. Una versión bien conocida de este tipo de instrumento es el Weissenberg Rheogoniometer, en el cual el movimiento del cono se obstaculiza por una delgada pieza de metal que gira, conocida como barra de torsión. La respuesta conocida de la barra de torsión y el grado de giro nos da el esfuerzo de corte, mientras que la velocidad rotacional y las dimensiones del cono nos da la velocidad de corte
Weissenberg Rheogoniometer
ACUSTICOS Y DE CUERDA FORZADA
Acusticos: Este tipo de reómetros utiliza un cristal piezo-electrico que puede lanzar una onda sucesiva de contracciones y extenciones en un fluido. Estos miden la velocidad del sonido y la atenuación de ultrasonido para una frecuencia determinada en un rango de megahertz. La velocidad del sonido es una medida indirecta de elasticidad, que puede ser convertida en compresibilidad. La atenuación es una medida de propiedades relacionadas con la viscosidad.
Cuerda forzada (Pulled string): El líquido es ubicado entre dos superficies solidas que son tiradas hacia afuera, dibujando una cuerda de líquido. Generalmente se realiza a velocidad constante y la fuerza es medida. Esta es usada especialmente en polímeros fundidos.
REOMETROS COMERCIALES
Brookfield DV-III ultra Reómetro rotativo
El Brookfield DV-III ultra es uno de los instrumentos de gran alcance y más versátil. Combinando las características sofisticadas de un instrumento de prueba de viscosidad con una capacidad de la medida del esfuerzo de cedencia, le hacen el mejor reómetro del mercado de hoy.
REOMETROS COMERCIALES
Brookfield R/S Reómetro Rotativo para asfalto
El reómetro de Brookfield R/S ofrece ambas medidas de esfuerzo controlado y tasa controlada. Disponible en geometrías cono/placa, placa/placa, o cilindro.
REOMETROS COMERCIALES
REÓMETROS ROTACIONALES MALVERN
Reómetro CVO Reómetro CVOR Reómetro Gemini Gemini HRnano
REOMETROS COMERCIALES
REÓMETROS PARA ENSAYO DE ASFALTOS
Reómetro DSR II
Reómetro ADSViscosímetro Visco 2000
REOMETROS COMERCIALES
REÓMETROS CAPILARES
RH2000
RH7 y RH10
BIBLIOGRAFÍA
[1]http://www.cosmos.com.mx/e/b4x4.htm?search=viscometros+viscosimetros[2]http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap-fisquim-farm14/c21.html[3]http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ap/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ap-fisquim-farm14/c21.2.html[4] http://www.nexem.com.ar/p_componentes/viscosimetros/viscosimetr.html[5]http://www.directindustry.es/prod/lauda/viscosimetro-automatizado-modular-23650-335716.html[6]http://www.directindustry.es/prod/brookfield/viscosimetro-para-medicion-en-linea-20805-237039.html[7]http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/Articulo.asp?A=3333[8]http://www.directindustry.es/prod/anton-paar/viscosimetro-de-stabinger-16352-53792.html[9]http://www.directindustry.es/prod/sofraser/viscosimetro-para-medicion-en-linea-8994-22911.html[10]http://www.directindustry.es/prod/schott-instruments/[11]http://www.directindustry.es/prod/anton-paar/microviscosimetro-automatizado-16352-263935.html[12]http://www.directindustry.es/prod/grabner-instruments/microviscosimetro-automatizado-25243-343034.html[13] http://ich1102-2sem2007-g5.blogspot.com/2007_10_01_archive.html[14]http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/[15]http://dimec.usach.cl/images/guias/60/E04_VISCOSIDAD_ASIG.MATERIALES_VESPERTINO.doc[16]http://www2.iesmat.com/Productos-MI-Reometros.htm[17] CANNO INSTRUMENT COMPANY. Innovations in Viscosity Measurement. Catálogo 2007-2008. Fuente Andercol.[18] http://www.malvern.co.uk/LabEng/products/iwtm/rheological_suspensions.htm[19] http://en.wikipedia.org/wiki/Rheometer[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Viscosimeter[21] M. I. Ros Clavell. Viscosimetria: Recopilacion de unidades y equivalencias entre ellas, Tecnica y Practica, Vol 32 No 147 En-Mar 1983.[22] Zahn Viscosimeter, Weschler Instrumentes, Division of Hughes Corporation. Catalogo[24] ASME D4741-96, ASME D445, ASME D446.
