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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Fundamentos de Fenómenos de Transporte Practica No 1 Nombre de la practica: Reometria Fecha: de octubre de 2017 Profesor: Baldemar Martínez Hernández Alumno: Martínez Girón Christian Andrey Equipo 3 2IM38

1. Introducción: La Reología es una disciplina científica que tiene que ver con el estudio de la deformación y flujo de los materiales. Muchos materiales, naturales o hechos por el hombre, presentan comportamientos de flujo complejos que son, con frecuencia, lo que se espera de dicho material. Un ejemplo de este tipo de comportamiento es el que exhibe la pintura: esta debe fluir fácilmente cuando se le aplica con una brocha o rodillo, pero el flujo debe cesar casi por completo una vez que ha sido aplicada para evitar que esta chorree sobre la pared. La Reología se encarga del estudio de este tipo de fluidos, las causas de comportamiento y su manifestación bajo condiciones de flujo. De la misma manera, la Reología se apoya en la Reometría, la cual implica un conjunto de técnicas para llevar a cabo mediciones reológicas. En 1678 Robert Hooke fue el primero que habló de la reología en su libro “Verdadera teoría de la Elasticidad”. Dicha teoría se resumía en lo siguiente: “Si se duplica la tensión, se duplica la deformación para materiales en estado sólido”. Nueve años después, Isaac Newton publicó en “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” una hipótesis asociada al estado simple de cizalladura (o corte): “La resistencia derivada de la falta de deslizamiento de las partes de un líquido es proporcional a la velocidad con que se separan unas de otras dentro de él”. Este deslizamiento es lo que ahora se denomina “Viscosidad dinámica o molecular”, sinónimo de fricción interna. Dicha viscosidad es una medida de la resistencia a fluir. La fuerza por unidad de área que se requiere para el movimiento de un fluido se define como F/A y se denota como “τ” (tensión o esfuerzo de cizalla). Según Newton la tensión de cizalla o esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de velocidad (du/dy), o también denominado como γ o D. Si se duplica la fuerza, se duplica el gradiente de velocidad de deformación:

Esta fórmula se denomina Ley de Newton, y a los fluidos que fielmente presentan este comportamiento, se les denomina Newtonianos. La glicerina y el agua son ejemplos característicos de fluidos Newtonianos. Para la glicerina, por ejemplo, la viscosidad vale 1000 mPa·s aproximadamente, en cambio para REOMETRIA

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el agua la viscosidad vale 1 mPa·s, es decir, es mil veces menos viscosa que la glicerina. La reología ha sido muy importante y lo seguirá siendo para el desarrollo de múltiples industrias, es relevante enunciar sus aplicaciones más características: Industria alimentaria a) Control de calidad de los alimentos: Se realiza en la propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de productos como patatas fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc. b) Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del agrado del consumidor. 

Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.



Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil, pero sin que escurra.



Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la duración de una laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema, etc. Todas estas características se estudian con la reología para obtener la mayor eficacia del producto.



Producción de medicamentos: se estudia su estabilidad química, su tiempo de caducidad y su facilidad de extrusión, entre otras.



Caracterización de elastómeros y de polímeros tipo PVC.



Estabilidad de emulsiones y suspensiones.



Caracterización de gasolinas y otros tipos de hidrocarburos.



Caracterización de metales (en situaciones de elevada temperatura), y de cristales líquidos.

 Control de sustancias que sean transportadas a lo largo de un recipiente cilíndrico (para evitar la reopexia).

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Fluido Newtoniano. Un fluido newtoniano es una sustancia homogénea que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión, independientemente de la magnitud de ésta. En otras palabras, es una sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Los líquidos son fluidos. Fluido No Newtoniano. Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad (resistencia a fluir) varía con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano. Reómetro Un reómetro es un instrumento de laboratorio que se usa para medir la forma en que fluyen un líquido, mezcla o suspensión bajo la acción de fuerzas externas. Se emplea para fluidos que no pueden definirse con un único valor de viscosidad y por tanto requieren más parámetros que los que puede proporcionar un viscosímetro. Mide la reología del fluido.

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2.1 Desarrollo experimental: 1. Encender la computadora y se inició el software para el manejo del viscosímetro Rheo Plus 2. Encender el Reometro y fijar la temperatura de experimentación 3. Llenar el cilindro de fluido de jabón liquido 4. Colocar cuidadosamente el cilindro dentro de la camisa de calentamiento 5. Utilizar el programa para obtener la tabla de datos experimentales del fluido 6. Retirar el cilindro y apagar el reómetro, lavar y secar los instrumentos utilizados

2.2 Diagrama de bloques por experimento

Encender el equipo

Colocar el cilindro dentro de la camisa de calentamiento

Programar Rheo Plus para obtener los datos experimentales

Verificar que el cilindro no tenga residuos de otros fluidos.

Introducir al cilindro del Reometro el fluido por trabajar

Retirar y enjuagar los instrumentos del equipo

Acceder al programa Rheo Plus

Acceder al programa RheoPlus

Hacer los cálculos correspondientes y conclusiones

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2.3- Tabla de datos experimentales. Puntos

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

Gradiente de Velocidad [1/s] 0.00994 0.0147 0.0216 0.0316 0.0464 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

Esfuerzo Cortante [Pa] -0.143 -0.128 -0.104 0.021 0.0916 0.207 0.295 0.61 0.789 1.23 1.98 2.93 4.32 6.31 9.19 13.2 18.9 26.5 36.3 48.2 61 73.4 83.7 91.8 99.2

2.4-Secuencia de Cálculos: a) Calculo de la viscosidad. 𝜏 = −𝜇

𝜇=

𝜇4 =

𝑑𝑉𝑥 𝑑𝑦

𝜏 𝑑𝑉𝑥 𝑑𝑦

0.021Pa 0.0316 𝑠−1

𝜇5 =

0.0916Pa 0.0464𝑠−1

= 0.6645 = 2.071

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𝜇6 =

0.207Pa 0.0681 𝑠−1

𝜇7 =

0.1𝑠−1

0.61Pa

𝜇8 = 𝜇9 =

0.295Pa

0.215𝑠−1

𝜇10 = 𝜇11 =

𝜇12 =

𝜇14 = 𝜇15 =

𝜇16 = 𝜇17 = 𝜇18 =

𝜇21 = 𝜇22 =

= 3.8924

0.316𝑠−1 1.98Pa

= 4.2672

0.464𝑠−1 2.93Pa

= 4.3024

0.681𝑠−1 4.32Pa 1𝑠−1

6.31Pa 1.47𝑠−1 9.19Pa 2.15𝑠−1 13.2Pa 3.16 𝑠−1 18.9Pa 4.64𝑠−1 26.5Pa 6.81𝑠−1

𝜇19 = 𝜇20 =

= 3.6697

1.23Pa

𝜇13 =

48.2Pa 14.7𝑠−1 61Pa 21.5 𝑠−1 73.4Pa 31.6 𝑠−1

= 4.32

= 4.2925 = 4.2744

= 4.1772 = 4.0732 = 3.8913

36.3Pa 10𝑠−1

= 2.95 = 4.1496

0.147𝑠−1 0.789Pa

= 3.0396

= 3.63

= 3.2789 = 2.8372 = 2.3227 REOMETRIA

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𝜇23 = 𝜇24 = 𝜇25 =

83.7Pa 46.4𝑠−1 91.8Pa 68.1𝑠−1 99.2Pa 100 𝑠−1

= 1.8038 = 1.3480 = 0.992

Calculo del Logaritmo de Esfuerzo Cortante 𝑙𝑜𝑔 𝜏 = 𝑙𝑜𝑔 − 𝜇

𝑑𝑉𝑥 𝑑𝑦

𝑙𝑜𝑔 𝜏 = 𝑙𝑜𝑔𝜇 + log(−

𝑑𝑉𝑥 ) 𝑑𝑦

𝑙𝑙𝑜𝑔 𝜏4 = 𝑙𝑜𝑔(−0.6645)(−0.0316) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏5 = 𝑙𝑜𝑔(−2.071)(−0.0464) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏6 = 𝑙𝑜𝑔(−3.0396)(−0.0681) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏7 = 𝑙𝑜𝑔(−2.95)(−0.1) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏8 = 𝑙𝑜𝑔(−4.1496)(−0.147) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏9 = 𝑙𝑜𝑔(−3.6697)(−0.215) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏10 = 𝑙𝑜𝑔(−3.8924)(− 0.316) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏11 = 𝑙𝑜𝑔(−4.2672)(−0.464) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏12 = 𝑙𝑜𝑔(−4.3024)(−0.681) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏13 = 𝑙𝑜𝑔(−4.32)(−1) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏14 = 𝑙𝑜𝑔(−4.2925)(− 1.47) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏15 = 𝑙𝑜𝑔(−4.2744)(−2.15) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏16 = 𝑙𝑜𝑔(−4.1772)(−3.16) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏17 = 𝑙𝑜𝑔(−4.0732)(−4.64) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏18 = 𝑙𝑜𝑔(−3.8913)(−6.81) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏19 = 𝑙𝑜𝑔(−3.63)(−10) = REOMETRIA

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𝑙𝑜𝑔 𝜏20 = 𝑙𝑜𝑔(−3.2789)(− 14.7) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏21 = 𝑙𝑜𝑔(−2.8372)(−21.5) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏22 = 𝑙𝑜𝑔(−2.3227)(−31.6) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏23 = 𝑙𝑜𝑔(−1.8038)(−46.4) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏24 = 𝑙𝑜𝑔(−1.3480)(−68.1) = 𝑙𝑜𝑔 𝜏25 = 𝑙𝑜𝑔(−0.992)(100) = Calculo del Logaritmo de Rapidez de corte log (−

𝑑𝑉𝑥 )= 𝑑𝑦

2.5-Tabla de resultados.

3.-Conclusión

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