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Tarea para el modulo 2 de fluidos en ingenieria quimica
Tipo: Ejercicios
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En este informe se presenta el funcionamiento general de varios viscosímetros (de cilindros coaxiales, de platos paralelos, de cono y plato, de saybolt), así como el proceso experimental que se lleva a cabo en cada uno, para la obtención del valor de la viscosidad de un fluido en estudio. 2.VISCOSÍMETROS 2.1 VISCOSÍMETRO DE CILINDROS COAXIALES Es un tipo de viscosimetro de rotacion el cual consta de dos cilindros que comparten el mismo eje, al funcionar uno de ellos se queda fijo y el otro se mueve. Basado en este funcionamiento existen dos tipos de viscosímetros de cilindros coaxiales: ● Searle : el cilindro móvil se encuentra en el interior del dispositivo. ● Coutte : el cilindro móvil se encuentra en el exterior del dispositivo. Su funcionamiento consiste en colocar un fluido en medio de los dos cilindros y hacer girar el cilindro exterior a una velocidad angular determinada. Así, ocurre un gradiente de velocidad entre la capa móvil que está en contacto con el fluido y la capa que está inmóvil. De esta forma se puede calcular la velocidad de cizalla del fluido. Cabe resaltar que en consecuencia de la forma de las placas del dispositivo, en este caso, cilindros, tanto el esfuerzo cortante como la velocidad de cizalla son funciones del radio. Al desplazarse el fluido, también lo hace el cilindro del interior debido a la fuerza tangencial ejercida sobre este. El cilindro del interior está unido a un alambre o resorte que se somete a una torsión debido al movimiento, entendiendo la torsión como la fuerza que produce la rotación por la longitud del cilindro^2. A continuación, se muestra la geometría básica del viscosímetro^3 :
Figura 1: Geometría de viscosímetro de cilindros coaxiales A partir de la información de la figura 1 se obtiene la viscosidad:
Donde Ω es la velocidad angular, y T es el torque 4. Entiéndase por torque como la suma del torque en la base y el torque lateral.
2
4
El esfuerzo cortante a un radio determinado R:
2
Y la velocidad de cizalla, también a un radio determinado R:
2
El viscosímetro de Saybolt corresponde a un viscosímetro de carácter empírico; fue desarrollado en 1885 por el químico ingles George M. Saybolt con el propósito de obtener viscosidades de diferentes sustancias líquidas. El viscosímetro de Saybolt consiste en un recipiente, el cual contiene a la sustancia cuya viscosidad se determinara, en su parte inferior tiene un orificio de efusión de un diámetro normalizado^5 , además de un mechero y un baño maría para determinar viscosidades a diferentes temperaturas, generalmente el orificio de efusión está bañado en bronce.
Hablando más específicamente del funcionamiento de los viscosímetros de platos o discos paralelos, primero el fluido debe de estar dentro de los dos platos, y luego el plato superior empieza a girar (ver figura __) provocando que se forme una diferencia de velocidad en la cizalla que se forma, de manera que los elementos del fluido cercanos al plato móvil tendrán una velocidad superior a la que tienen los que se encuentran próximos al plato fijo. Figura __ - Representación de un viscosímetro de placas paralelas. (2) Y es asì como a continuación, en un viscosímetro de placas paralelas se puede calcular primero la velocidad de cizalla máxima usando la ecuación: (Ecuación 2.3.1) (2) Donde = Velocidad de deformación o velocidad de cizalla, R = Radio del plato, l = Distancia entre placas (GAP), y Ω= Velocidad de giro. Y finalmente la viscosidad se puede obtener mediante la siguiente ecuación: (Ecuación 2.3.2) (2) Donde η= Viscosidad aparente, M = Par de fuerzas aplicado, R= Radio del plato, (1) Repositorio.upct.es. (2017) Available at: http://repositorio.upct.es/bitstream/handle/10317/960/PFC3016.pdf;jsessionid=D1429BDBD9E E68967257E776E03?sequence=1 [Revisado 21 Aug. 2017]. (2)Anon, (2017).Tomado de: https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3626/1/tema5RUA.pdf Revisado 21 Aug. 2017].
Este tipo de viscosímetro se basa en la deformación de un líquido situado entre un cono y una placa como se muestra en la figura __, teniendo un ángulo entre ambos menor a 4°. Este posee como ventaja que a diferencia de otros viscosímetros rotacionales, donde la velocidad de deformación cambia con la distancia al centro de rotación, que en el viscosímetro de cono-placa la velocidad de deformación a lo largo del espaciado del cono es constante, ya que el espaciado entre el cono y el plato aumenta al aumentar la distancia al centro, además de la facilidad en la limpieza debido a la posibilidad de extraer el cono, al aplicar ecuaciones de fluidos Newtonianos se obtiene: η= Viscosidad aparente
3. CONCLUSIONES 3.1. La determinación de la viscosidad de un fluido se puede realizar mediante el empleamiento de dipositivos experimentales que permiten conocer dicho valor de viscosidad