LABORATORIO LABORATORIO DE FLUIDOS, SÓLIDOS Y TRANSFERENCIA DE CALOR 2015719 - 5 RESUMEN
La practica se realizo en 2 momento; primero se realizó el análisis de la velocidad velocidad terminal terminal la caída de esferas de distinto distinto tamaño tamaño en 5 uidos distintos; esto es, se midió el tiempo que tardaba una esfera en recorrer tramos iguales de un tubo lleno de un uido dado ocn una viscosidad densidad dada; se vario el tamao de la esfe es fera ra lu lueo eo se rea eali lizo zo la mi mism sma a op oper erac ació ión n co con n ci cili lind ndrros de diámetro altura seme!antes" #n otro momento, se determinó la velocidad de sedi dim men enta tac ción de suspe pen nsione nes s de tierra de dia di atom omea eas s, asi, se suspe pen ndi dio o cier erta ta cant ntiidad de tierra de diatomeas en un tubo especial para la centrifugación a mediana esca es cala la,, de! de!and ando o la mue muest stra ra det deter ermi minad nados os tie tiempo mpos s den dentr tro o de la centr ce ntrif ifua ua a una vel veloc ocida idad d da dada da,, pos poste terio riorm rmen ente te mi midie diendo ndo el volumen de sedimento depositado $esultados Sustan!a
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Tabla 1. Datos de las dimensiones de las particulas y su densidad.
on el tiempo la distancia recorrida se obtiene la velocidad de cualquiera de las partículas, en cada uno de los 5 uidos, en este caso para la partícula & en el primer ensao en el aceite de 6iguerilla, este procedimiento se 6alla usando los datos reportados en la tabla . +% partir de este cálculo, todos los cálculos siguientes se 6arán a partir del primer ensao para la partícula & en el aceite de 6iguerilla e7cepto
V =
Distancia m 15 cm = =0.0049 30.6 s∗100 Tiempo s
#sta velocidad es calculada para determinar el r8gimen de u!o, para cada partícula en cada uno de los uidos, con la ecuación de $enolds +9inisterio de ambiente de :er, 2***< g
1.26
ρ∗V ∗d = μ
cm
ℜ=
3
∗0.0049
m 2 m∗ 1.1 cm∗100 s
kg ∗1000 1.02 m∗s
= 0.07
#l resultado del nmero de $enolds indica que el r8gimen de u!o es laminar para este ensao, dependiendo del r8gimen 6allado se procede a calcular el coe=ciente de arrastre >, para el ensao mencionado la e7presión es la siguiente< C D =
24
ℜ
=
24 0.07
=¿
.)2"-5
La correlacion anterior funciona para $e? *"2 @na cosa importante para resaltar es que para las partículas cilíndricas se uso el diámetro de la esfera asociada para calcular $enolds, esto es, se calculó el área super=cial del cilindro de igualo con el área de una esfera despe!ándose el diámetro de la esfera que tendría esa misma área
%demás del r8gimen laminar, tambi8n se presentó el r8gimen de transición, para dic6o r8gimen se 6ace uso de la analogía que se presenta en ortega rivas para $enolds *"2?$e?&*** C D =
18,05 ℜ
0,60
=
18,05 0.6466
0,60
=¿
2."))
Abteniendo el coe=ciente de arrastre las propiedades del uido la partícula, se puede calcular la velocidad de sedimentación, para el ensao mencionado<
Tabla 2. Velocidad de sedimentación de las partículas en los fuidos a 1°C.
velocidades Bs
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SEDIMENTACIÓN FORADA MUESTRA INICIAL
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Folumen Iedimento +mL *2<** *"25 *)<** *")* *3<** *")* *-<** *"5* &*<** *"/* 2&; <2O
S+.!&+nta!=n L!>+
Hiempo +min
Esta formula nos da información respecto a la velocidad a la que una particula de un diámetro Xc viaja de un extremo del tubo al otro, teniendo en cuenta que la geoetria de la centrifuga sea la siguiente
Integrando la ecuación anterior se tiene
Esta expresión nos da información acerca de, para un determinado diámetro de particula y velocidad de centrigugacion, cuánto tiempo se demora la particula en sedimentar; las partículas con un diamtro mayor que Xc sedimentaran igualmente, pero las de diámetro menor que Xc no sedimentaran; para los datos recolectados se puede determinar el diámetro critico que quedara en el claro despus de la filtración, luego de reordenar la expresión anterior
ANALISIS DE RESULTADOS
:ara determinar la inuencia en la variación de la velocidad de sedimentación en las diferentes sustancias traba!adas, aceite de 6iguerilla, glicerol, aceite &5')*, aceite mineral biodiesel, fue necesario 6allar las propiedades de viscosidad densidad de cada uido cua inuencia en la velocidad de sedimentación es signi=cativa, los resultados e7perimentales se encuentran en la tabla &, donde se aprecia la disminución de la viscosidad desde aceite 6iguerilla 6asta biodiesel respectivamente, es necesario tener en cuenta que el dato de viscosidad del biodiesel es reportado mediante ecuaciones debido a que el equipo empleado registraba viscosidades a partir de &5 c:" :or otra parte, el comportamiento de la densidad de las sustancias es seme!ante, la diferencia radica en que es más denso el glicerol que el aceite de 6iguerilla el menos denso es biodiesel" Lo anterior se realizó para la temperatura ambiente de traba!o, sin embargo, debido a que el enfriamiento de las sustancias fue parcial, las propiedades a temperatura de &J están calculadas mediantes las ecuaciones previamente descritas, es necesario resaltar que el comportamiento de los datos en las propiedades es seme!ante, que a menor temperatura aumenta la viscosidad la densidad" se construó la Iusta!=n 1 de acuerdo a la tabla ), en la cual se puede observar la variación en la velocidad de sedimentación de las . partículas empleadas respecto a cada sustancia traba!ada, teniendo en cuenta que su comportamiento fue laminar transitorio segn el caso" #n la ilustración & se observa que la tendencia en el comportamiento de las partículas en cada uido es igual" on base en los resultados gra=cados de forma cualitativa se concluó que la velocidad de sedimentación es menor en aceite de 6iguerilla de las tres partículas, así mismo es maor en biodiesel, esto gracias a las propiedades de los uidos, especí=camente de viscosidad densidad" >e esta manera, entre más viscoso sea el uido como el caso del aceite de 6iguerilla con 15) c: respecto al biodiesel cua viscosidad es / c:, menor será la velocidad de sedimentación, debido a la resistencia que coloca el uido al movimiento" %sí mismo ocurre con la densidad, a maor densidad se obtienen ba!as velocidades de sedimentación"
Fs +mBs
2 &"&"3 &") &"2 & *"*"3 *") *"2 *
:articula & :articula 2 :articula .
Iustancia
Ilustración 1. Velocidad de sedimentación a T ambiente
una partícula cilíndrica de plástico de tamaño intermedio respecto a las primeras, al observar la Elustración &, en particular para glicerol se obtuvieron velocidades de sedimentación de *,&/- mBs, *,22& mBs *,*-)1 mBs respectivamente" %l comparar los resultados obtenidos entre las dos primeras partículas cua diferencia radicaba en el tamaño se concluó que entre maor es el área, maor es la velocidad de sedimentación en los diferentes uidos, debido a que aumenta la masa de la bola por lo tanto rompe con maor facilidad la resistencia del uido al movimiento de la bola" K para observa la diferencia en el material se compararon las partículas & ., donde se observó que aunque es inferior el tamaño de la partícula uno +3,. mm respecto a la tres +/,- mm, es maor la velocidad de sedimentación en la partícula &, lo cual tiene sentido a que varía el material de las partículas, la bola uno a pesar de su tamaño presenta una densidad de /-)&,1 gBm . respecto a la tres que es de 5*5&,2 gBm ., lo cual le permite romper con maor velocidad la resistencia del uido"
&") &"2 & *"*"3
Fs +mBs
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Iustancia
Ilustración 2. Velocidad de sedimentación con el cambio de temperatura
:ara observar la inuencia del cambio de temperatura se construó la Elustración 2, basadas en las tablas ) 5 de acuerdo a la partícula traba!ada, es necesario aclarar que no es comparable en magnitud la tendencia del cambio de temperatura para todas las sustancias en general, debido a que en cada caso se observó el comportamiento de una partícula diferente como se e7plicó en los resultados" #n el aceite mineral &5')* no son apreciables las barras a temperatura ba!a por su magnitud que se observa en la tabla 5" Iin embargo, se aprecia la tendencia que se mantiene en todas las sustancias, cuando se disminuó la temperatura al sumergir parcialmente cada tubo en 6ielo asumiendo la transferencia de calor total, se observó que aumento el tiempo de descenso de la partícula por lo cual disminuó la velocidad de sedimentación signi=cativamente, por e!emplo en glicerol a una temperatura ambiente de apro7imadamente &-J se obtuvo una velocidad de sedimentación de *,&/- mBs mientras que al disminuir su temperatura 6asta apro7imadamente &J fue de *,*).& mBI, esto debido a la relación inversa de la viscosidad la temperatura, a menor temperatura aumenta la viscosidad del uido como se observa en la tabla &"
La viscosidad la densidad tienen similar incidencia en la velocidad de sedimentación, esta ltima será menor a medida que las dos primeras sean altas, sin embargo el factor determinante es la viscosidad, si esta es maor será maor la resistencia que el uido e!erza a la sedimentación de la partícula" Las partículas de gran densidad sedimentan más rápido es decir que tienen velocidades de sedimentación altas la forma esf8rica proporciona un movimiento constante que favorece la sedimentación" La temperatura es un factor determinante a la 6ora de evaluar la velocidad de sedimentación, esta ltima se ve afectada por los cambios que se dan en la viscosidad al variar la temperatura, a menores temperaturas los uidos se 6acen más viscosos la velocidad de sedimentación disminue en diferentes magnitudes segn sea la partícula que sedimenta" #n orden de menor a maor, por la tendencia de las velocidades de sedimentación, los uidos se organizan de la siguiente forma< %ceite de 4iguerilla, licerol, &5')*, %ceite 9ineral 0iodisel" #l comportamiento de las partículas está determinada por su densidad, la partícula menos densa de forma irregular logro las menores velocidades de sedimentación, las más densas esf8ricas lograron valores consecutivos maores de velocidad de sedimentación"
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RECOMENDACIONES :ara una evaluación más detallada del comportamiento de las partículas, como lo que sería la inuencia del material la forma, se recomienda realizar la e7perimentación con partículas de la misma densidad pero de diferente forma material, esto tendrá implicaciones en el tamaño de las partículas, así que debe realizarse ba!o valores a los que sea posible" :ara facilitar la e7perimentación el cuidado del material se recomienda tener cuidado al momento de retirar las partículas de los tubos en los que se 6acen los ensaos para perder la mínima cantidad de material, a que al ser aceites viscosos es difícil recuperarlo completamente" La limpieza debe ser cuidadosa, a que se traba!an aceites, se recomienda 6acer un primer lavado con varsol, de los implementos usados, posteriormente con agua !abón" #s importante lograr obtener las propiedades a las que se 6ace la e7perimentación, por lo que se recomienda buscar los equipos necesarios para determinar estas a las temperaturas a las que se traba!e para tener datos más concretos" #s importante tener en cuenta que al ser el enfriamiento parcial, los datos que se arro!en de este es apro7imado muestra es una tendencia del fenómeno"
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REFERENCIAS
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