Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular

LABORATORIO Nº 1

REOLOGIA

La reologia es la ciencia que estudia el flujo y la deformación de la materia, teniendo en cuenta propiedades tales como elasticidad, viscosidad y plasticidad. De acuerdo con su comportamiento reologico, los fluidos pueden clasificarse en NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS. 1. Los fluidos newtonianos son aquellos en los que la relación entre el esfuerzo de

corte τyx y la velocidad de deformación dνx/dy se mantiene constante, siendo la viscosidad η la constante de proporcionalidad:

τyx= -η (dνx/dy) Se comportan como fluidos newtonianos los gases y la mayoría de los líquidos sencillos. 2. Los fluidos no newtonianos, son en general, aquellos en que la relación entre el

esfuerzo de corte y la velocidad no se mantiene constante. La viscosidad en estos fluidos varia al modificarse el esfuerzo de corte o con el tiempo de aplicación del mismo.

Los fluidos no newtonianos más comunes pueden clasificarse en: 2.1 PSEUDOPLASTICOS, donde se observa que la viscosidad disminuye al aplicarse

un aumento en el esfuerzo de corte. Su ecuación constitutiva es τyx= -m (dνx/dy)n-1 (dνx/dy) con n < 1

Ejemplos de este tipo de fluidos son emulsiones, asfaltos a determinadas temperaturas, polímeros. 2.2 DILATANTES, la viscosidad aumenta a medida que aumenta el esfuerzo de corte

aplicado. La ecuación constitutiva es, τyx= -m (dνx/dy)n-1 (dνx/dy) con n > 1

Barros, resinas vinílicas son ejemplos de este tipo de fluido no newtoniano. 2.3 PLASTICOS DE BINGHAM, se comportan como un sólido en condiciones

estáticas requiriendo un esfuerzo mínimo (τ0) para comenzar a fluir, comportándose como newtonianos a valores superiores de ese esfuerzo mínimo.

τyx= τ0 -η (dνx/dy) si τyx > τ0

dνx/dy = 0 si τyx > τ0

De acuerdo a su comportamiento respecto del tiempo los fluidos no newtonianos pueden clasificarse en 2.4 TIXOTROPICOS, disminuye la viscosidad a medida que aumenta el tiempo cuando

están sometidos aun esfuerzo de corte constante. Dentro de este tipo de fluidos encontramos tintas de imprenta, suspensiones arcillosas, coloides.

2.5 REOPECTICOS, aquí la viscosidad aumenta a medida que transcurre el tiempo a velocidad de corte constante, como por ejemplo se observa en la clara de huevo y la crema batida.

Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular En la siguiente figura podemos observar los distintos comportamientos

τyx

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛− dydv x

Plástico de Bingham

Pseudoplástico

Newtoniano

Dilatante

Principio del Viscosimetro de Brookfield Es un viscosimetro rotacional, provisto de dos tipos de rotores, cilíndricos y en forma de disco. El rotor que se sumerge en el fluido en estudio esta acoplado por medio de un resorte calibrado a un motor de velocidad variable. Cuando el rotor gira la deformación del resorte es proporcional al torque necesario para vencer la fuerza de resistencia viscosa, indicándose en un visor digital el valor de la deformación que es proporcional a la viscosidad del fluido. Cuando el rotor es cilíndrico es posible deducir que el esfuerzo de corte τ es proporcional al torque leído M por medio de la siguiente expresión:

τ = M/[2 π L (Rb)2] Donde Rb y L dependen del rotor. Para los rotores en forma de disco la deducción no es sencilla pero es valido considerar que τ es proporcional a M y que la velocidad de deformación (-dνx/dy) es proporcional a la velocidad angular ω. Las medidas hechas con igual rotor a distintas velocidades permitirán obtener el comportamiento reologico del sistema. PRACTICA El objetivo es determinar la curva de esfuerzo de corte vs velocidad de deformación para un fluido y establecer su comportamiento reologico. Para esto se cuenta con un viscosimetro de Brookfield que consta de seis rotores en forma de disco y uno cilíndrico apropiados para medir viscosidad entre 100 y 8x106 cp y que gira a velocidades de 0.5, 1, 2, 5, 10, 25, 50 y 100 rpm.

Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular Al iniciar la practica se enciende el viscosimetro (perilla izquierda del panel central) y se verifica que el equipo este nivelado mediante el sistema de burbuja que tiene en la parte de atrás del panel. Se enciende el motor (perilla derecha) y se selecciona 10 rpm dejando estabilizar la lectura (fluctuación de 0.1) y se calibra el sistema llevando a 0.00 con la perilla de ajuste. Luego se apaga el motor y se monta la guarda para evitar daños. La guarda del viscosimetro es imprescindible utilizarla con los rotores 1 y 2.

Encendido motor

Lectura M

Encendido gral

Rotor

Pies ajustables

Selector de vel

Ajuste del 0

Se colocan en un recipiente por lo menos 600 ml de fluido problema, se sumerge el rotor y se acopla el viscosimetro. El rotor debe quedar al menos sumergido hasta la muesca y no deben quedar burbujas en la superficie. Para realizar las lecturas, encienda el motor y deje que la lectura se estabilice. El tiempo de estabilización dependerá de la velocidad a que opera el viscosimetro y de la muestra. Debe tratar de lograrse una lectura entre 10 y 100 (más cercana a 100 mayor precisión), si la lectura es mayor a 100 se leerá en el visor EE (error) entonces se deberá seleccionar una velocidad menor o un rotor más pequeño. Se procede del mismo modo, pero en el sentido inverso, si el valor es inferior a 10. Para construir la curva reologica de la muestra problema se ira variando la velocidad angular utilizando un mismo rotor para toda la experiencia. Los resultados obtenidos se graficaran representando el valor leído M en función de la velocidad angular ω.