Practica 2 - Calibracion Del Viscosimetro Thomas-Stormer

UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FLUIDOS E HIDRÁULICA Práctica 2 CALIBRACIÓN DEL VISCOSÍMETRO THOMAS STORMER

1. Objetivos 1.1 Objetivo general Trazar las rectas de calibración del viscosímetro Thomas±Stormer utilizando como patrón un viscosímetro electrónico.

1.2 Objetivos específicos y

y

Familiarizar

al estudiante con el uso de un viscosímetro electrónico tomando mediciones de las viscosidades dinámicas de los fluidos de calibración. Elaborar la curva de calibración del equipo mecánico utilizando los registros de tiempo del viscosímetro Thomas±Stormer y de viscosidad del viscosímetro electrónico.

Figura 1. Fuerzas que interactúan en un fluido. Esto

se observa de acuerdo con la Ley de Newton de la viscosidad, el esfuerzo cortante (  ) que se genera tiene una relación lineal con el gradiente de velocidad, donde la viscosidad dinámica ( µ ( µ)) representa la pendiente:   

2. Conceptos fundamentales Viscosidad En

los fluidos en movimiento se genera fricción entre las partículas, dando lugar a los efectos de fricción (viscosos) con las paredes de los conductos por donde fluye.

En

la Figura 1 se muestran dos placas planas paralelas separadas por una muy pequeña distancia h, el movimiento relativo produce en el fluido el gradiente lineal de velocidad dv/dy. dv/dy. La velocidad disminuye desde su máximo valor en la superficie en contacto con la placa, hasta cero debido a la condición de no deslizamiento.

 



Al graficar  vs dv/dy se puede observar una línea recta. Los fluidos en los cuales se cumple esta relación se denominan Fluidos Newtonianos. Newtonianos . Por el contrario, cuando esta relación no es lineal, la viscosidad tendrá definido un valor de acuerdo al esfuerzo cortante, igual a la pendiente de la curva en ese punto. A este tipo de fluidos se les conoce como Fluidos No Fluidos No Newtonianos (Figura 2). En

ambos casos, la viscosidad tiene una fuerte dependencia de la temperatura y no tanto de la presión.

UNIVERSIDAD DEL VALLE, Laboratorio de Fluidos e Hidráulica (LFeH) Edificio 360, teléfono +57 (2) 3212100 Ext. 2453

1

Figura 2. Fluidos Newtonianos y no Newtonianos En

los líquidos la viscosidad disminuye con la temperatura, ya que la distancia intermolecular promedio se incrementa ocasionando que la transferencia de momentum disminuya. Esta dependencia se modela de acuerdo la expresión

Figura 3. Viscosímetro de cilindros concéntricos En

el viscosímetro Thomas±Stormer, el eje del cilindro interno está conectado a una polea que gira por la acción de un peso W que cae con velocidad constante.

     

Donde T es la temperatura en grados Kelvin y A y B constantes que dependen del líquido.

Medición de la viscosidad Los viscosímetros son básicamente de dos tipos: giratorios y de tubo capilar. En esta práctica se utilizarán dos viscosímetros giratorios: uno electrónico (Viscosímetro de Brookflied) y otro mecánico (viscosímetro de Stormer). En

el primero, el giro del cilindro interno es generado por un pequeño motor eléctrico y la viscosidad se determina en función del torque necesario para que el cilindro rote a una velocidad angular w (Figura 3).

Figura 4. Viscosímetro Thomas - Stormer A causa de la variación de la viscosidad con la temperatura, en estos viscosímetros los recipientes que contienen los líquidos deben estar sumergidos en baños de temperatura constante y estar provistos con termómetros para tomar las temperaturas a las cuales se efectúan las mediciones de la viscosidad.

3. Descripción de los equipos Para la práctica están disponibles los siguientes elementos: y y

y

Un

termómetro y dos cronómetros. Dos juegos de pesas con unidades de 25, 50, 75 y 100 gramos. Viscosímetro electrónico Brookfield, Modelo RVDV-E. Rango de velocidades de


2

y

0.3 a 100 RPM, exactitud de 0.1% y precisión del 0.2% del rango utilizado (Figura 5a). Dos viscosímetros mecánicos Thomas± Stormer con sus respectivos tacómetros (Figura 5b).

Figura 6. Curvas de calibración

4. Procedimiento Lea cuidadosamente las instrucciones siguientes antes de proceder al desarrollo de la práctica:

a. Registre las lecturas de viscosidad para Figura 5. Viscosímetros de la práctica

Viscosímetro Thomas ± Stormer Este

viscosímetro permite obtener la magnitud de la viscosidad dinámica en centipoises de una gran variedad de líquidos como: aceites, pinturas, lacas, soluciones de glucosa, pulpas, pastas, entre otras. El

objetivo es medir el tiempo que toma el cilindro interno en girar 100 revoluciones para un peso dado, lo cual es directamente proporcional a la viscosidad.

b. c.

d.

e.

Al construir gráficas t vs. µ para diferentes pesos, se obtendrán rectas con diferentes pendientes (Figura 6). El

objetivo es encontrar la expresión µ=( t) para cada peso, que permitirá determinar la viscosidad:

f.

   

Donde K w es la constante característica del medidor para cada peso.

g.

cada fluido de calibración que proporciona el viscosímetro electrónico. Mida la temperatura luego de esperar un tiempo suficiente para que ésta sea uniforme en ambos fluidos. En el viscosímetro Thomas±Stormer, revise que no existan obstáculos en el recorrido de los pesos utilizados (101 cm aprox., para unas 125 revoluciones del rotor). Revise que la cuerda deslice sin problema sobre la guía de la polea y con el freno accionado, enrolle lenta y uniformemente la cuerda en sentido antihorario. Llene el recipiente de ensayo con el fluido de calibración, hasta ¼ de pulgada más arriba de las aletas internas y colóquelo en el baño. NOTA: el rotor debe ser sumergido siempre a la misma profundidad para garantizar resultados consistentes. El freno se acciona o se libera haciendo girar su perilla de control solo un cuarto de vuelta. Con cronómetro en mano, libere el freno y mida el tiempo en segundos necesario para las 100 revoluciones del rotor. Coloque el freno una vez lo haya conseguido.


3

h. Repita 3 veces como mínimo para obtener

-

un tiempo promedio. Registre los datos en la Tabla 1.

5. Informe de laboratorio El

-

informe debe contener los siguientes puntos:

-

Nombre Introducción Objetivos Descripción detallada de la práctica Responda las siguientes preguntas:

y y y y y

-

¿Qué es viscosidad? ¿Qué tipos de viscosidad existen? ¿Cuáles son sus dimensiones y unidades? ¿Para qué es útil medir la viscosidad en la realidad?

Datos y cálculos:

y

-

Grafique las rectas de calibración con base en los tiempos y viscosidades obtenidas para los fluidos de calibración en ambos viscosímetros.

-

y y y

Determine la constante del equipo para cada peso con base en la pendiente de cada recta y determine µ en función del tiempo. Ecuación (3). Compare los valores de viscosidad obtenidos con el viscosímetro electrónico con valores publicados en la Internet. ¿Por qué es importante anotar la temperatura en la prueba? ¿Cómo podría afectar sobre la calibración, una cuerda mal enrolladada sobre el tambor? Análisis de resultados. Conclusiones. Bibliografía.

6. Referencias SHAUGHNESSY, Edward. Introduction to Fluid Mechanics. Oxford University Press, 2005. MU NSON, Bruce y YO Donald. U NG, Fundamentals of Fluid Mechanics. John Wiley & Sons, Inc., cuarta edición, 2002.


4

ANEXO

Tablas para registro de datos Fluido utilizado Viscosidad equipo electrónico [cP] Temperatura de prueba [ºC] Tiempo para 100 revoluciones del rotor [s] Peso [g] Tiempo T T T Promedio 1

2

3

Fluido utilizado Viscosidad equipo electrónico [cP] Temperatura de prueba [ºC] Tiempo para 100 revoluciones del rotor [s] Peso [g] Tiempo T T T Promedio 1

2

3


2

3


5


2

3


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