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Instituto Politécnico Nacional Escuela superior de ingeniería química e industrias extractivas

Laboratorio de fundamentos de fenómenos de transporte Práctica: “Reometría”

Nombres del alumno: -Rios Romero Oscar Andres Grupo: Sección: 2IM30

A

Maestro: Juan Francisco Xavier Olvera Rico

Fecha de la práctica: 1/11/2017

Fecha de entrega: 16/11/2017

OBVETIVO El objetivo de esta práctica es obtener el comportamiento en flujo o reológico de fluido a través de sus curvas de flujo, utilizando un viscosímetro rotacional de cilindros concéntricos y determinar sus viscosidades de corte de estos fluidos. DEFINICIONES -Fluidos reales: Los fluidos reales se distinguen de los ideales en que poseen una cierta viscosidad, es decir, un rozamiento interior que origina tensiones tangenciales entre los filetes fluidos. -Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido con viscosidad en que las tensiones tangenciales de rozamiento son directamente proporcionales al gradiente de velocidades. Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina y algunos aceites minerales. -Fluidos pseudoplasticos: la viscosidad disminuye al aumentar el gradiente de velocidad. -Fluidos dilatantes: La viscosidad aumenta al aumentar el gradiente de velocidad. APLICACIÓN INDUSTRIAL La manipulación de la reología de formulación puede influir y por lo tanto, controlar las características del rendimiento de las cremas, suspensiones y soluciones. Para las cremas y suspensiones tópicas, por ejemplo, la estabilidad durante el almacenamiento es clave. Si el producto se separa -particularmente si la separación genera una distribución desigual del integrante activo- puede tener un rendimiento inconsistente a menos que sea efectivamente re homogenizado antes de su uso. En general, la viscosidad alta es favorable a la estabilidad del producto. La viscosidad alta le da “cuerpo” a una formulación y reduce la probabilidad de establecer y minimizar la influencia de otros mecanismos de separación. Durante el almacenamiento, el producto está sujeto solamente a la fuerza de la gravedad, por lo tanto, las formulaciones con viscosidad alta en condiciones de cizallamiento bajas tienden a ser más estables.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Aceite para motor supertech esfuerzo número de Tasa de viscosidad de corte medida corte (1/s) (pa*s) (pa) 1 0.00999 -0.286 -28.6 2 0.0147 -0.294 -20 3 0.0215 -0.415 -19.3 4 0.0317 -0.235 -7.42 5 0.0464 -0.196 -4.22 6 0.0681 -0.289 -4.25 7 0.1 -0.195 -1.95 8 0.147 -0.151 -1.03 9 0.216 -0.122 -0.565 10 0.316 -0.0527 -0.167 11 0.464 -0.00406 -0.00876 12 0.681 0.117 0.172 13 1 0.214 0.214 14 1.47 0.449 0.306 15 2.15 0.755 0.35 16 3.16 1.16 0.367 17 4.64 1.78 0.384 18 6.81 2.65 0.389 19 10 3.96 0.393 20 14.7 5.77 0.393

velocidad (1/min) 0.00707 0.0104 0.0152 0.0224 0.0329 0.0482 0.0709 0.104 0.153 0.224 0.329 0.482 0.708 1.04 1.53 2.24 3.29 4.82 7.08 10.4

número de medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 22 23 24 25

Aceite comestible Tasa de esfuerzo viscosidad velocidad corte de corte (pa*s) (1/min) (1/s) (pa) 0.01 -0.268 -26.8 0.00708 0.0147 -0.228 -15.5 0.0104 0.0215 -0.181 -8.43 0.0152 0.0317 -0.108 -3.39 0.0225 0.0465 -0.119 -2.57 0.0329 0.0681 -0.0924 -1.36 0.0482 0.1 -0.0798 -0.797 0.0709 0.147 -0.125 -0.85 0.104 0.215 -0.156 -0.722 0.153 0.316 -0.128 -0.404 0.224 0.464 -0.0577 -0.124 0.329 0.681 -0.131 -0.193 0.482 1 -0.0331 -0.0331 0.708 1.47 -0.0201 -0.0137 1.04 2.15 -0.0054 -0.00251 1.53 3.16 0.0774 0.0245 2.24 4.64 0.143 0.0308 3.29 6.81 0.265 0.0389 4.82 10 0.454 0.0454 7.08 21.5 1.08 0.05 15.3 31.6 1.67 0.0529 22.4 46.4 2.48 0.0535 32.9 68.1 3.72 0.0546 48.2 100 5.53 0.0553 70.8

número de medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Tasa de corte (1/s) 0.00998 0.0146 0.0216 0.0316 0.0465 0.0681 0.1 0.147 0.215 0.316 0.464 0.681 1 1.47 2.15 3.16 4.64 6.81 10 14.7 21.5 31.6 46.4 68.1 100

Shampoo esfuerzo viscosidad velocidad de corte (pa*s) (1/min) (pa) -0.34 -34.1 0.00707 -0.0414 -2.84 0.0104 -0.0774 -3.58 0.0152 0.0037 0.117 0.0224 0.0477 1.02 0.0329 0.069 1.01 0.0482 0.248 2.48 0.0709 0.336 2.29 0.104 0.509 2.37 0.153 0.906 2.87 0.224 1.51 3.25 0.329 2.2 3.23 0.482 3.34 3.34 0.708 4.87 3.32 1.04 7.09 3.29 1.53 10.2 3.24 2.24 14.8 3.18 3.29 21 3.08 4.82 29.4 2.94 7.08 40 2.73 10.4 52.7 2.45 15.3 66 2.09 22.4 77.9 1.68 32.9 87.8 1.29 48.2 95.9 0.959 70.8

El comportamiento observado en este fluido es claramente no newtoniano. Dado que la relación entre la fuerza cortante y la velocidad de cizalla es no lineal, considerando la siguiente tabla se dice que es adelgazante.

Dato deducido por la representación de la siguiente grafica

ANALISIS DE RESULTADOS.

Con los datos obtenidos en la experimentación de la práctica n°3 “Determinación de la viscosidad de fluidos” se obtuvo una curva de flujo que nos permitió identificar el tipo de viscosidad que presentaba el Resistol a diferentes temperaturas las cuales fueron dos: 25 y 30°C respectivamente. Con nuestros datos experimentales en nuestra tabla de 25°C se pudo observar que el fluido al principio se movía lentamente y después fue aumentando ya que claramente se trataba de un fluido no newtoniano; pues la relación entre la fuerza cortante y la velocidad de cizalla es no lineal y en nuestras tablas de consulta nos dice que se trata de un adelgazante. En nuestra segunda tabla observamos nuestra curva de viscosidad en función de la rapidez de cizalla, en donde al principio la viscosidad era alta y conforme aumentaba la velocidad, la viscosidad era aún más lenta. Al realizar nuestros diferentes métodos obtuvimos los siguientes resultados: En el método gráfico al plasmar los resultados en nuestra grafica de esfuerzo contra velocidad a la temperatura de 25°C se pudo observar lo mismo que nuestra anterior grafica; un fluido no newtoniano que se comporta no lineal. En el método de mínimos cuadrados calculamos la pendiente y nuestros valores de a y b para después ser sustituidos con nuestros valores iniciales y así poder calcular las viscosidades con la fórmula de “la Ley de viscosidad de Newton” para nuestras diferentes temperaturas. Así en nuestras graficas de 30°C se muestra una tipo recta mientras que a 25°C se muestra una línea en forma diagonal que al principio eral alta y después fue disminuyendo, las variaciones fueron debido a que se aplicó nuestro logaritmo natural.

Observaciones

Gracias a la grafica arrojada por el equipo del reómetro, se puede deducir que la viscosidad disminuye mientras que la velocidad de cizalla va en a aumento. Esto podría decirse que es

causado porque tenia grumos dicho resistol, aunque sin embargo, el movimiento hace que este polímero estructuralmente se acomode a favor del movimiento. Saber que el fluido tenia que estar a una temperatura constante, se encendió un termostato, encargado especialmente a monitorear y regular la temperatura del sistema. Sin dejar a un lado que al sistema se le aumento la temperatura, podemos encontrar con esto quizá una variación de resultados con respecto a la inicial(25°c)

Conclusiones. Lo que se puede concluir, es lo siguiente:

Que si hay un aumento en la velocidad de cizalla y también en la temperatura, el fluido (en este caso el Resistol) tendría menos fuerza cortante, ya que la viscosidad disminuiría.

Sin embargo, esto no lo podemos establecer para cualquier tipo de fluido, ya que hay unos en particular que actuará al contrario, ya que los choque entre sus moléculas causarían fricción y por ende una fuerza de cizalla mas grande. Y en la temperatura mantiene un valora t. ambiente, ya que si sucede lo contrario este tendría problemas para deslizarse por el conducto

CONCLUSIONES

En la práctica se pudo observar el procedimiento para la medición de viscosidad de un fluido gracias a el viscosímetro, se nos demostró que hay distintos tipos de fluidos y los podemos identificar de acuerdo a sus características una de ellas en este caso la viscosidad. En nuestro caso se presentó un fluido NO NEWTONIANO teóricamente se pudo determinar y clasificar así gracias a sus propiedades, experimentalmente y basándonos en los cálculos y la gráfica se confirmo que era un fluido NO NEWTONIANO ya que los puntos formaban una hipérbole y no una línea recta (como es el caso de los fluidos Newtonianos). Con los datos obtenidos de la experimentación se buscó formar esa hipérbole en una línea recta para que la gráfica del fluido tuviera un comportamiento más Newtoniano. Por la fórmula de los logaritmos pudimos hacer una grafica con una recta e igual mente se apreciaba la viscosidad contra la velocidad de corte ( en este caso la velocidad de corte comienza desde 0.65 1/s y aumenta hasta 10.6 1/s a 25°C) La temperatura es un factor muy importante en cuanto a medir la viscosidad de un fluido, mientras mas alta sea la temperatura que se le imprima a un fluido mas alta será su velocidad de corte.

Al aplicar los logaritmos el resultado se considera siempre positivo (pueden haber resultados negativos en la teoría ya que pueden expresarse matemáticamente, pero en la práctica no se reportan resultados negativos).

El ajuste de la velocidad de corte nos da 0.99 a una temperatura de 30°C

OBSERVACIONES

Al momento de realizar las mediciones en el viscosímetro esperamos a que la temperatura fuera de 25° entonces se hizo el análisis del fluido tomando 18 puntos para poder notar mejor los cambios que ocurren en la gráfica, una vez que el reómetro tenía el fluido, la geometría comenzó a dar vueltas muy lentamente, casi no se notaba el movimiento. Luego se aumento la temperatura a 30° y esperamos a que todo el fluido llegara a esa temperatura para no tener ninguna variación significativa en los resultados ya que el calor va de afuera hacia adentro y tarda en ocurrir. De acuerdo a las gráficas obtenidas pude observar que el resistol es considerado un fluido no newtoniano ya que inicialmente los puntos entre el esfuerzo de corte y la rapidez de corte fueron constante y en consecuencia la gráfica arrojo una forma casi lineal, hasta que en los últimos 4 puntos de la curva ya no fueron constantes tomando la forma de una curva.