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1. Objetivos: 

Elaborar el diagrama reológico de una sustancia.



Identificar la sustancia si es Newtoniana o No Newtoniana.



Determinar la viscosidad de la sustancia analítica y gráficamente a través de datos experimentales

2. Método: Graficar los valores del esfuerzo cortante y la deformación del flujo obtenido en el equipo denominado Viscosímetro Couette. Funcionamiento del viscosímetro de Couette. El cilindro exterior está unido a un soporte fijo mientras que el cilindro exterior se lo hace rotar con una velocidad angular constante w. Cuando el cilindro interior gira produce una cizalladura que se transmite a través del fluido. El espesor de fluido es pequeño es por esto que puede suponerse distribución lineal velocidades. El viscosímetro Couette se emplea para verificar la fabricación de suspensiones, pinturas y productos alimenticios, es por esto que su estudio, es de suma importancia. Torque del cilindro.

Corte horizontal wR2R12  TL = 2mH

R2-R1

3. Equipo y materiales:

Fig. 1 Datos: R2=radiointerno del cilindro que rota , 0.309m . R1=radiodel cilindro que rota ,0.0239 m . l=longitud del cilindro que rota ,0.075 m . y que estaconectado con la sustancuia . h=distancia vertical que ℜcorre el porta pesas , y su valor es prefijada . r = radio del carrete, 0,0084m. Sustancia: harina mesclada con agua en porcentaje que permitan cumplir con los objetivos de la practica Cronometro para determinar el tiempo (t). 4. Marco teórico:

Todas sustancias presentan oposición que sus partículas sean desplazadas, Newton encontró experimentalmente la Ley De Newton de la viscosidad, en donde su expresión matemática, manifiesta que el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la deformación del fluido, siendo esa constante de proporcionalidad la propiedad física llamada La Viscosidad dinámica. El esfuerzo cortante o tangencial t, es la fuerza de corte o tangencial por unidad de área: Esfuerzo cortante = fuerza de corte / área de corte

τ=

Fs A

Existen instrumentos y equipos que permiten encontrar la viscosidad de una sustancia, un equipo entre otros, se tiene el denominado viscosímetro Couette, cuyo esquema es el que se ha representado en la figura 1 Viscosímetro giratorio de Couette.  El fluido que se debe comprobar se pone en el espacio anular entre dos cilindros circulares concéntricos. Se hace girar un cilindro con respecto al otro. Las mediciones de momento de torsión y gradiente de velocidades se pueden correlacionar con la viscosidad, como se hace mediante una calibración con líquidos de viscosidad conocida.   Los efectos de los extremos del cilindro se deben tener en cuenta o reducirse, si las lecturas de este dispositivo van a utilizarse para determinaciones precisas de la viscosidad. Un instrumento particular de este tipo puede ser útil para mediciones relativas, como, por ejemplo, al comparar la acción de fluidos diferentes.   Existen instrumentos que son réplicas del viscosímetro giratorio de Couette; por ejemplo McMichael y Stormer son variaciones comerciales del tipo giratorio de viscosímetro.

  1. McMichael: En este instrumento el cilindro exterior se hace girar a velocidad constante y el interior se sostiene por medio de un alambre de torsión. Se utiliza una medición de la torsión angular del alambre al fin de obtener una lectura proporcional a las fuerzas viscosas que se ejercen. 2. Stormer: E5.1l cilindro exterior permanece estacionario y se aplica un momento constante al cilindro giratorio externo, por medio de un dispositivo de pesas y poleas. Se toma una medición del tiempo necesario para que se produzca cierto número definido de revoluciones en el cilindro interno. A veces, se sumerge en el fluido un disco plano horizontal o una taza de fondo abierto circular, o bien, una horqueta, en lugar de un cilindro circular interno. Ecuaciones a utilizar: La viscosidad dinámica se encuentra con la expresión siguiente [1]:

μ=

mg r 2 ( R 2−R1 ) t 2 π R13 lh

El esfuerzo cortante se determina por la expresión:

τ=

mgr 2 πl R 12

La deformación del fluido con: γ=

˙h R1 r ( R2−R1 ) t

La masa m, es el valor correspondiente de las pesas que se van añadiendo en el porta pesas y en el radio r, es el correspondiente a la del carrete donde se enrolla el cable cuyo extremo esta atado al porta pesas. 5. Desarrollo:

5.1 Preparación y ajuste del equipo: 

Después de haber realizado una limpieza total de los componentes del viscosímetro, se debe realizar su ensamblaje.



La sustancia debe estar conformada por la mescla de shapoo con agua en determinados porcentajes y colocada ya en el cilindro que no rota.

5.2 Procedimiento: 

Prefijar la altura que descenderá el porta pesas



Añadir diferentes masas.



Apuntar los tiempos que emplean en descender cada una de las pesas de masa, m.

6. Cálculos: Calcular la viscosidad dinámica, el esfuerzo cortante y la deformación del fluido para cada masa. TABALA 1 Peso Tiempo 1 Tiempo 2 Tiempo 3 Tiempo 4 Tiempo

Deformació

(g)

(s)

(s)

(s)

(s)

promedio

n

Esfuerzo 247,71565

81

14,22

14,2

14,53

 

14,31666667

0,13627616

1

91

11,25

12,01

11,22

11,93

11,6025

0,16815517

278,29783 308,88000

101

9,13

9

9

9,39

9,13

0,21369336

9 339,46218

111

7,38

7,2

7,5

7,23

7,3275

0,26626004

9 354,75327

116

6,93

6,67

6,54

 

6,713333333

0,29061873

8 385,33545

126

5,71

5,49

5,6

 

5,6

0,3483965

7 415,91763

136

5,13

5,14

5,17

5,18

5,155

0,37847147

6 446,49981

146

4,41

4,45

4,46

4,61

4,4825

0,43525274

6 452,61625

148

4,49

4,32

4,63

4,37

4,4525

0,43818538

1

611,64358 200

2,93

2,72

2,7

2,62

2,7425

0,71140215

3

700 600

f(x) = 626.85 x + 171.82 R² = 1

ESFUERZO

500 400 300 200 100 0 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

DEFORMACION

TABLA 2 Peso Tiempo 1 Tiempo 2 Tiempo 3 Tiempo 4 Tiempo

Deformació

(g)

(s)

(s)

(s)

(s)

promedio

n

Esfuerzo 458,73268

150

4,27

4,3

4,5

4,62

4,4225

0,44115781

7 397,56832

130

5,4

5,6

5,62

5,64

5,565

0,35058767

9 379,21902

124

6

6,16

6,21

6,07

6,11

0,31931594

1 373,10258

122

5,71

5,83

6,2

 

5,913333333

0,32993581

6

120

6,25

6,03

6,2

 

6,16

0,31672409

366,98615 336,40397

110

7,2

7,06

7,56

 

7,273333333

0,26824295

1 311,93822

102

8,03

8,14

8,280

 

8,15

0,23938901

7 305,82179

100

8,68

8,5

8,55

 

8,576666667

0,22748003

2

275,23961 90

10,48

10,6

10,75

10,66

10,6225

0,18366867

2 247,71565

81

13,63

13,67

13,72

 

13,67333333

0,14268799

1

500 450

f(x) = 712.76 x + 144.33 R² = 1

400

ESFUERZO

350 300 250 200 150 100 50 0 0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

DEFORMACION

7. Tabulaciones:

0.35

0.4

0.45

0.5

8. Análisis e interpretación de resultados: De acuerdo a los resultados y a la forma de la curva trazada con los datos experimentales, se debe tener una idea del tipo de sustancia que se está experimentando y cuál es su modelo matemático. 9. Conclusiones: 

La distancia entre los cilindros no es lo suficientemente pequeña como para considerar un perfil de velocidades que sea lineal



El cilindro interior del viscosímetro estudiado nos permite dar una conclusión que al aplicar una masa existe una fuerza directamente proporcional a la velocidad tangencial, la cual va a provocar un par en el carrete



Se pudo determinar que la viscosidad de la sustancia de experimental es 1,266 Pa.s



A través de investigación y experimentación e investigación se determinó que la sustancia experimental es Shampoo la cual está constituida de un 80% d agua, 6% de tenso activos (detergentes ,acondicionadores etc.)



Se concluyó que la sustancia es newtoniana porque su viscosidad permanece constante al no haber una variación de temperatura en este experimente.

10. Cuestionario 

¿Serviría el viscosímetro estudiado para encontrar el diagrama reológico de la miel de abeja?

El viscosímetro de Couette si nos ayuda a determinar la viscosidad de la miel de abeja, en la cual se debería realizar el estudio respectivo, para obtener el diagrama reológico. Si obtenemos los datos podemos trazar una curva en el diagrama y esta determinará la clase de fluido a la que corresponde 

¿En caso de que la sustancia experimental sea Newtoniana, cuál sería su

ESFUERZO

grafico en el diagrama reológico? El diagrama obtenido representa

600 400 200 0

una curva lineal, la cual nos dice 0.1

0.15

0.2

0.25 0.3 0.35 DEFORMACION

0.4

0.45

0.5

en el diagrama reológico, que representa

a

un

fluido

Newtoniano



¿Si se desea variar la temperatura de la sustancia experimental, que se debería adicionar para solucionar este inconveniente?

Una idea aproximada para realizar esto debería ser colocar alrededor del cilindro exterior del viscosímetro una niquelina que caliente el fluido y además se debería adicionar un termómetro digital que se conecte con la niquelina y esto provoque que el circuito se abra, para mantener una temperatura constante. Esto sería muy útil ya que como se mencionó controlaría la temperatura y además nos daría un valor para la toma de datos.



Utilizando la tecnología que se podrá añadir a este viscosímetro para medir la velocidad y temperatura.

Para poder determinar la velocidad y el tiempo será necesario aplicar dos sensores de movimiento, el primero debe estar ubicado en la parte superior y el segundo debería estar ubicado a una altura h bajo del nivel de referencia. Además debería tener un cronometro digital, conectado a ambos sensores para que al ser detectada la partícula en el segundo sensor bajo h, este detendrá al cronometro, además deberíamos realizar una programación de la altura h en función del tiempo t, para la cual esta nos dará la velocidad en una pantalla digital. Otra opción sería poner una un velocímetro digital en el carrete la cual este velocímetro tiene un modelo As 520 de marca Assize este velocímetro nos dará la velocidad el tiempo y la distancia que recorre el carrete.