UNIVERSIDAD DE CUENCA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
REOMETRO DEFINICION FUNCIONAMIENTO AUTOR: Raulobro 17/06/2011
El presente documento contiene la definición de reómetro, principio de funcionamiento general de estos equipos, distintos tipos de reómetros y sus características principales. Descripción del reómetro de Brookfield.
REOMETROS DEFINICION Son aparatos que se utilizan para medir la reológia de los materiales. Ya que los mismos permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algunas de las propiedades reológicas más importantes son:
Viscosidad aparente (relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte) Coeficientes de esfuerzos normales Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio) Módulo de almacenamiento y módulo de perdidas (comportamiento viscoelástico lineal) Funciones complejas de viscoelasticidad no lineal
Los estudios teóricos en reología en ocasiones emplean modelos microscópicos para explicar el comportamiento de un material. Por ejemplo en el estudio de polímeros, éstos se pueden representar como cadenas de esferas conectadas mediante enlaces rígidos o elásticos. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO GENERAL Un reómetro mide y analiza los cambios en la estructura reológicas de un material - la forma de flujo de los fluidos. Esto se logra mediante la variación de las tasas de corte en incrementos de micro (0,1 rpm). Este instrumento puede analizar de límite elástico del material y el comportamiento del flujo de medición la respuesta al estrés en comparación con la tensión durante las pruebas de velocidad constante y los cambios de viscosidad como una función de cambio de velocidad de corte, respectivamente. grafico 1
Grafico 1
TIPOS REOMETROS Los reómetros pueden ser divididos en instrumentos de control de calidad y en instrumentos para investigación y desarrollo. También existe otro tipo de clasificación de estos la cual se les clasifica en dos tipos claramente diferentes de reómetros. Reómetros que controlan la aplicación de esfuerzo cortante o tensión de corte se llaman: rotación o reómetros de corte , mientras que reómetros en los que se aplican estrés extensional o deformación extensional se llaman reómetros extensional
Los instrumentos para control de calidad son aquellos que no poseen una geometría de corte controlada, lo cual significa que la velocidad de corte no está definida Esto significa que la viscosidad medida no es la viscosidad absoluta la cual es una propiedad intrínseca del material independiente del tipo de instrumento utilizado para la medición. Los instrumentos para investigación y desarrollo poseen una geometría de corte controlada lo cual significa que la velocidad de corte puede ser controlada y variada para obtener datos de viscosidad a diferentes velocidades de corte. Alguna de las geometrías comunes en este tipo de reómetros se puede ver en la figura 2.
El cono y plato es uno de los diseños más populares pues este aplica una velocidad de corte uniforme a toda la muestra, caso muy diferente al de geometría de platos paralelos que presenta una variación de velocidad de corte en la dirección radial. Ambas geometrías pueden sufrir efectos de borde que distorsionan las mediciones de viscosidad. Sin embargo es importante destacar que esta distorsión es mucho más importante en el caso de la geometría cono y plato. El diseño de cono y plato se limita a valores bajos y medios de velocidad de corte (0.1 - 1000 1/ s.), mientras que el diseño de platos paralelos puede alcanzar velocidades de corte mayores. (20.000 30.000 1/ s) Cilindros concéntricos también conocida como de copa y aguja. Si la distancia entre los dos cilindros concéntricos es pequeña (r1/r2 >0.95) la velocidad de corte será uniforme a través de toda la muestra. En este tipo de viscosímetros los efectos de fuerzas centrífugas son menos importantes que en el cas o de la geometría de cono y plato. Al ser menor la exposición al aire, también puede controlarse la evaporación del solvente. El rango de velocidad de corte cubierto por este tipo de equipos es muy amplio (0.01 100.000 1/s.)
Reómetro Capilar en este tipo de reómetros el fluido es forzado a pasar a Uno de los problemas más frecuente de este tipo de reómetros es que la fuerza de cizalla
aplicada no es uniforme y la medición de la viscosidad debe ser corregida por varios factores como aquellos relacionados con el efecto de entrada y salida del capilar, deslizamiento en las paredes y una reología no Newtoniana. Los reómetros capilares permiten alcanzar velocidades de corte extremadamente altas (100.000 - 2.000.000 1/s) En la siguiente tabla se presenta el nombre comercial de rotámetro, el tipo al que pertenece y su velocidad de corte. Tabla 1
REOMETRO DE BROOKFIELD Debido a que el reómetro de Brookfield es uno de los más versátiles y usados, a continuación encontraremos su principio de funcionamiento, y un ejemplo de las especificaciones de una de sus variedades utilizadas.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El Cono Wells-Brookfield reómetro es un medidor de torque preciso que se conduce a velocidades de rotación discreto. El sistema de medición del par, que consiste en un calibrado de berilio-cobre primavera de conectar el mecanismo de accionamiento de un cono giratorio, los sentidos de la resistencia a la rotación causada por la presencia de líquido de la muestra entre el cono y una placa plana fija. La resistencia a la rotación del cono produce un par que es proporcional a la tensión de corte en el fluido. Esta lectura se convierte fácilmente en unidades centipoise absoluta (mPa · s) de las cartas rango calculado previamente. Por otra parte, la viscosidad puede ser calculada a partir de las constantes geométricas conocidas del cono, la velocidad de rotación y el par de estrés. La posición correcta con relación de cono y la placa se obtiene mediante un procedimiento mecánico simple sin la necesidad de indicadores externos o instrumentos complementarios. La placa estacionaria forma el fondo de una copa de muestra que se puede quitar, llenos de 0,5 ml a 2,0 ml de líquido de la muestra (en función de los conos en uso), y volver a montar sin perturbar la calibración. La copa de muestras blindadas de accesorios de tubos para la conexión a un baño a temperatura constante cir culación.
El sistema tiene una precisión de ± 1,0% de la escala completa. Reproducibilidad es de ± 0,2%. Rango de temperatura es de 0 ° C a 100 ° C.
Brookfield analiza líquidos y semisólidos. Las medidas de viscosidad se relacionan con la calidad del producto y la eficiencia. Cualquier parámetro que esté involucrado con la caracterización de flujo, en la investigación o el desarrollo, control de calidad o de transferencia de fluidos, en un momento u otro se involucra con algún tipo de medida de la viscosidad. El equipo es capaz de entregarnos los siguientes datos:
Viscosidad (cP o mPa · s) Temperatura (° C o ° F) Velocidad de Deformación La tensión de cizallamiento % Del par
Por lo general el rotámetro Brookfield utiliza velocidades bajas entre 20 y 100 rpm, también requiere muestras grandes de 600 cm 3 en algunos modelos o en modelos mas antiguos; en modelos nuevos la cantidad de muestra a disminuido de manera exponencial. EJEMPLO DE ESPECIFICACIONES DE UN REOMETRO DE BROOKFIELD Especificaciones
Velocidades: 0.3, 0.5, 0.6, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 10, 12, 20, 30, 50, 60, 100 rpm Peso: 7,7 kg Caja de volumen 0,05 m 3 Entorno de trabajo: 0 ° C a 100 ° C Precisión: ± 1,0% fondo de escala en uso Reproducibilidad: 0,2% de la escala completa BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Reolog%C3%ADa
www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/.../r13924.DOC
http://www.exova.ca/index.php?option=com_content&view=article&id=1447&I temid=&lang=en http://www.can-am.net/suppliers/brookfield/dv_e_m98.pdf http://www.brookfieldengineering.com/products/viscometers/laboratory-wbconeplate.asp
