Informe Reologia de Fluidos

 

LABORATORIO N° 1A CARACTERIZACIÓN REOLÓGICA DE FLUIDOS

DUBAN GALEANO SÁNCHEZ Cod. 20171157132 PRESENTDO A: LUIS FERNANDO BONILLA

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS 2018

 

RESULTADOS OBTEIDOS EN LA PRACTICA Fecha: 17/09/2018 1. Tipo de fluido: Aceite fluido: Aceite de cocina. Temperatura: se trabajó a Temperatura ambiente, aproximadamente de 30°C RPM ESFUERZO DE CORTE, Lbf /100 ft2  Rata de 1/scorte, 600 48 1021,8 300 25 510,9 200 16 340,6 100 9 170,3 6 2 10,281 3 1 5,109

Esfuerzo de Lbf //ft ft2 corte, 0,48 0,25 0,16 0,09 0,02 0,01

REOGRAMA 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

   )    2    ^    t    f    /    f    b    l    (   e    t   r   o   c   e    d   o   z   r   e   u    f   s    E

   =   .    ∗  

0

200

400

600 800 Rata de corte (1/s)

1000

1200

Para hallar la pendiente de la recta: recta: partiendo de que el reograma arroja una línea recta que muy probablemente al prolongarla pase por el origen, se tiene que el aceite es es un fluido Newtoniano. Entonces la ecuación de la recta estará dada por:  =   (Ecuacion1) 

Haciendo un promedio de los valores de la rata de corte y del esfuerzo de corte, se tiene:  = 343,1545 ( − )    = 0,1683 (  )   

 

 Al realizar el respectivo despeje de la Ecuación1 se tiene que la viscosidad viscosida d del aceite es  =0.00048

∗  

 

La ecuación de la recta será:  = . .  ∗  

2. Tipo de fluido: Miel de Abeja pura. Temperatura: se Temperatura:  se trabajó a Temperatura ambiente, aproximadamente de 30°C  30°C 

600 300 200

-

Rata de corte, 1/s 1021,8 510,9 340,6

100 6 3

95 50

170,3 10,281 5,109

RPM ESFUERZO DE CORTE, Lbf /100 /100 ft2 

Esfuerzo de corte, Lbf //ft ft2  0,95 0,5

REOGRAMA 100

   )    2    ^    t    f    /    f    b    l    (   e    t   r   o   c   e    d   o   z   r   e   u    f   s    E

80

   =  .    ∗  

60 40 20 0 0

200

400 600 800 Rata de corte (1/s)

1000

1200

Para hallar la pendiente de la recta: al realizar el debido proceso para la toma de datos con el Viscosímetro de Cilindros concéntricos (Fann 35A), solamente fue posible tomar el dato de esfuerzo de corte en las últimas dos velocidades (6 y 3 rpm), dejándonos saber que la miel de abeja es un fluido altamente viscoso; al graficar los pocos datos que se obtienenes ensuperiores la prácticaaylas al hacer una suposición de cómocon se comportaría el fluido a velocidades velocidad nombradas, nombrada s, también

 

se obtiene una línea recta que pasa por el origen, así la miel de abeja pur a ta también mbién es un fluido Newtonia Newtoniano no. Según lo dicho, la ecuación de la recta también estará dada por la Ecuación1, y al realizar el mismo proceso con:  = 343,1545 ( − )    = 30,11 (   ) 

Se tiene que la viscosidad de la miel de abeja pura es  =0.088

∗  

 

La ecuación de la recta será:  = .  ∗  

3. Tipo de fluido: Miel de Abeja diluida en agua. Temperatura: se trabajó a Temperatura ambiente, aproximadamente de 30°C  30°C  RPM ESFUERZO DE CORTE, Lbf /100 /100 ft2  Rata de corte, 1/s 600 90 1021,8 300 43 510,9 200 29 340,6 100 15 170,3 6 3 10,218 3 2 5,109

Esfuerzo de corte, Lbf //ft ft2  0,9 0,43 0,29 0,15 0,03 0,02

REOGRAMA    )    2    ^    t    f    /    f    b    l    (   e    t   r   o   c   e    d   o   z   r   e   u    f   s    E

1

0.8

  =  . ∗ 

0.6 0.4 0.2 0

0

200

400

600

800

Rata de corte (1/S)

1000

1200

 

Para hallar la pendiente de la recta: esta última prueba se hizo con el fin de dar mayor validez a la suposición realizada con respecto al comportamiento de la miel de abeja pura cuando es sometida a velocidades mayores a 3 y 6 rpm, así se comprueba que efectivamente la miel de abeja sí es un fluido Newtoniano   y realizando los mismos cálculos,

 = 343,1545 ( − )    = 0,303(  )   

Se tiene que la viscosidad de la miel de abeja diluida en agua es  =0.00088

∗  

 

La ecuación de la recta será:  = . .  ∗   REUNIENDO LOS REOGRAMAS DE LOS FLUIDOS EN UN SOLO GRAFICO.

REOGRAMA FLUIDOS NEWTONIANOS 100 90

 = . ∗ 

   )    2 80    ^    t    f    /    f 70    b    l    (   e 60    t   r   o    C 50   e    d 40   o   z   r   e 30   u    f   s 20    E

 = . ∗ 

 = . ∗ 

10 0 0

200

400

600

800

Rata de Corte (1/s)

1000

1200

 

GEL PREPARADO GON 60 LBS DE GUAR POR CADA MIL GALONES DE  AGUA. (datos proporcionados por el profesor) Guar #20/MPa Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

26,100 26,300

10,600 18,800

0,276 0,381

37,400 37,100

10,500 18,800

0,216 0,333

26,400

33,500

0,543

36,900

33,500

0,504

26,500

59,900

0,854

36,800

59,900

0,780

26,500

107,000

1,350

36,700

107,000

1,210

26,500

191,000

2,090

36,900

191,000

1,850

26,500

342,000

3,190

37,100

342,000

2,840

26,400

611,000

4,850

37,400

612,000

4,390

26,200

808,000

6,330

37,700

808,000

6,030

Shear Temp øC

Shear Rate 1/s

Shear

Stress Pa

Temp øC

Shear Rate 1/s

Stress Pa

50,600

10,600

0,202

67,600

10,500

0,147

50,600

18,900

0,319

67,500

18,900

0,200

50,800

33,600

0,449

67,400

33,700

0,311

51,000

60,000

0,684

67,200

60,300

0,488

51,300

107,000

1,060

67,100

108,000

0,766

51,600

192,000

1,620

67,000

192,000

1,210

52,000

343,000

2,490

66,800

343,000

1,900

52,400

612,000

3,870

66,700

613,000

3,350

52,800

808,000

5,850

66,500

808,000

5,390

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

79,400

10,600

0,116

92,800

10,600

0,116

79,200

18,900

0,168

92,800

18,900

0,161

79,100

33,800

0,254

93,000

33,900

0,231

78,900

60,400

0,405

93,100

60,200

0,346

78,800

108,000

0,641

93,300

107,000

0,557

78,700

192,000

1,010

93,500

192,000

0,861

78,900

344,000

1,620

93,600

344,000

1,390

79,000

613,000

3,210

93,500

613,000

2,990

79,100

809,000

5,010

93,400

809,000

4,610

 

GUAR 20#/Mgal

7.000 6.000    ) 5.000   a    P    (   s4.000   s   e   r    t    S   r 3.000   a   e    h    S2.000

y = 0,0448x0,7317

y = 0,0361x0,7534 y = 0,0331x0,7493 y = 0.0186x0.8112 y = 0,0135x0,8458 y = 0,0132x0,8292

1.000 0.000

0.00 0. 000 0 10 100. 0.00 000 0 20 200. 0.00 000 0 30 300. 0.00 000 0 40 400. 0.00 000 0 50 500. 0.00 000 0 60 600. 0.00 000 0 70 700. 0.00 000 0 80 800. 0.00 000 0 90 900. 0.00 000 0

Shear Rate (1/s)

 

Guar 30 #/Mgal Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

øC

1/s

Pa

26,400

10,500

0,667

37,400

10,500

0,609

26,600

18,700

1,050

37,100

18,700

0,958

26,700

33,400

1,620

36,800

33,400

1,460

26,700

59,600

2,360

36,700

59,600

2,150

26,700

106,000

3,340

36,600

106,000

3,070

26,600

190,000

4,610

36,700

190,000

4,310

26,500 26,300

340,000 607,000

6,380 8,750

36,800 37,100

340,000 608,000

5,960 8,230

26,200

806,000

10,600

37,500

806,000

9,950

Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

øC

1/s

Pa

50,700

10,500

0,514

68,800

10,500

0,411

50,600

18,700

0,791

68,600

18,700

0,635

50,700

33,400

1,200

68,400

33,500

0,924

51,800

59,700

1,780

68,300

59,700

1,390

51,200 51,400

107,000 190,000

2,580 3,670

68,100 67,900

107,000 191,000

2,070 3,010

 

51,700

340,000

5,070

67,700

341,000

4,290

52,100

608,000

7,110

67,600

609,000

6,060

52,600

807,000

8,650

67,400

807,000

7,550

Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC 79,000

1/s 10,500

Pa 0,306

øC 92,800

1/s 10,500

Pa 0,208

78,800

18,800

0,474

92,900

18,800

0,341

78,800

33,500

0,739

92,900

33,500

0,546

78,800

59,800

1,140

93,000

59,900

0,865

78,900

107,000

1,720

92,900

107,000

1,340

79,100

191,000

2,540

92,900

191,000

2,040

79,200

341,000

3,700

93,000

342,000

3,050

79,300

611,000

5,300

93,000

612,000

4,500

79,500

808,000

6,740

93,000

808,000

6,020

GUAR 30#/Mgal 12.000

y = 0.1731x0.6206 y = 0.1533x0.6294    )   a y = 0.1232x0.6397    P    ( 8.000 y = 0.0905x0.662   s   s 0.7032   e   r 6.000 y = 0.0615x    t    S y = 0.0372x0.7581   r 10.000

  a   e    h

   S

4.000 2.000 0.000

0.000 0.0 00 10 100.0 0.000 00 200 200.00 .000 0 30 300.0 0.000 00 40 400. 0.000 000 50 500. 0.000 000 60 600.0 0.000 00 70 700.0 0.000 00 80 800.0 0.000 00 90 900.0 0.000 00

Shear Rate /1/s)

 

Guar #40/Mgal Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

øC

1/s

Pa

27,000

10,400

1,930

38,500

10,400

1,670

27,300

18,600

2,780

38,200

18,600

2,460

27,500 27,700

33,300 59,500

3,860 5,220

37,800 37,600

33,300 59,500

3,480 4,780

27,700

106,000

6,900

37,300

106,000

6,390

27,700

190,000

8,950

37,300

190,000

8,350

27,600

339,000

11,500

37,200

339,000

10,800

27,400

606,000

14,800

37,300

606,000

13,900

27,200

805,000

17,100

37,500

805,000

16,100

Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

øC

1/s

Pa

50,800 50,800

10,400 18,600

1,370 2,040

68,000 67,800

10,400 18,700

1,020 1,560

50,800

33,300

2,960

67,700

33,300

2,290

50,900

59,500

4,140

67,600

59,500

3,300

51,200

106,000

5,600

67,500

106,000

4,600

51,600

190,000

7,430

67,300

190,000

6,250

52,000

339,000

9,710

67,200

339,000

8,320

52,500

606,000

12,600

67,100

606,000

10,900

52,900

806,000

14,600

66,900

806,000

12,800

Shear Temp øC

Shear Rate 1/s

Stress Pa

Shear Temp øC

Shear Rate 1/s

Stress Pa

78,800

10,500

0,848

92,800

10,500

0,734

78,800

18,700

1,290

92,800

18,700

1,030

78,900

33,300

1,930

92,900

33,400

1,540

79,100

59,600

2,790

92,800

59,600

2,260

79,300

106,000

3,940

92,800

106,000

3,220

79,400

190,000

5,440

92,800

190,000

4,490

79,500

340,000

7,290

93,000

340,000

6,240

79,500

607,000

9,760

93,200

607,000

8,550

79,500

806,000

11,600

93,400

807,000

10,300

 

GUAR 40#/Mgal 20.000 0.4898 18.000 y = 0.6674x y = 0.5611x0.5083 16.000    ) y = 0.4373x0.5324   a

14.000

   P    (   s12.000   s   e   r 10.000    t    S   r 8.000   a   e    h 6.000    S

y = 0.1809x0.6073

0.5708

y = 0.2979x0.5916 y = 0.2326x

4.000 2.000 0.000 0.00 0. 000 0 10 100. 0.00 000 0 20 200. 0.000 000 30 300. 0.000 000 40 400. 0.000 000 50 500. 0.00 000 0 60 600. 0.00 000 0 70 700. 0.000 000 80 800. 0.00 000 0 90 900. 0.00 000 0

Shear Rate (1/s)   Guar #60/Mgal Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

øC

1/s

Pa

26,600

10,200

7,270

38,300

10,200

6,660

26,800

18,400

9,610

38,000

18,400

8,890

27,000

33,000

12,200

37,600

33,000

11,400

27,100

59,100

15,000

37,300

59,100

14,100

27,100

106,000

18,000

37,000

106,000

17,100

27,000

189,000

21,200

36,900

189,000

20,400

26,900

336,000

25,000

36,900

337,000

24,000

26,800

601,000

29,400

36,900

601,000

28,200

26,600

801,000

32,200

37,100

801,000

30,700

Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC

1/s

Pa

øC

1/s

Pa

50,600

10,200

5,300

67,800

10,300

4,080

50,700

18,400

7,290

67,700

18,500

5,750

50,900

33,000

9,640

67,500

33,100

7,800

51,200

59,200

12,200

67,400

59,100

10,200

51,500

106,000

15,000

67,200

106,000

12,700

51,800

189,000

18,100

67,100

189,000

15,600

 

52,200

337,000

21,600

66,900

337,000

18,800

52,700

601,000

25,500

66,800

601,000

22,600

53,100

801,000

27,900

66,600

802,000

24,800

Temp

Shear Rate

Shear Stress

Temp

Shear Rate

Shear Stress

øC 78,800

1/s 10,300

Pa 3,170

øC 92,900

1/s 10,400

Pa 2,390

78,700

18,500

4,570

92,900

18,500

3,490

78,600

33,100

6,370

93,000

33,100

4,930

78,700

59,100

8,510

93,100

59,200

6,710

78,800

106,000

11,000

93,300

106,000

8,740

78,900

189,000

13,700

93,400

189,000

11,200

79,000

337,000

16,600

93,500

337,000

13,900

79,100

601,000

20,100

93,400

601,000

16,900

79,300

802,000

22,100

93,300

802,000

18,700

GUAR #60M/gal 40.000

y = 3.6933x0.3295 35.000 y = 3.324x0.3399 30.000 y = 2.5167x0.369    )   a y = 1.8072x0.4024    P    ( 25.000

y = 1.3154x0.4352 y = 0.9227x0.4637

  s   s   e   r 20.000    t    S   r   a15.000   e    h    S

10.000 5.000 0.000 0.00 0. 000 0 100 100.0 .000 00 200 200.0 .000 00 30 300. 0.00 000 0 40 400. 0.00 000 0 50 500. 0.00 000 0 60 600. 0.000 000 70 700. 0.000 000 80 800. 0.000 000 90 900. 0.00 000 0

Shear Rate (1/s)  Analizando los reogramas del gel preparado con diferentes concentraciones de Guar (20lb, 30lb, 40lb y 60lb) en 1000 galones de agua, no damos cuenta que este   g el es u un nF Fluido luido N o-N o-Newtoni ewtoniano ano ll llama amado do L Ley ey de la P otenci a o s eudoplás eudoplástic tico o, debido a que la línea de tendencia es una curva decreciente, también se observa que a medida que la Temperatura aumenta, el Índice de consistencia se hace menor, pero el índice de comportamiento del flujo aumenta y mientras este se

 

acerca a 1 la curva tiende a convertirse en una línea recta que muy posiblemente pase por el origen. También se tiene que cuando hay más concentración de Guar en la sustancia, el índice de comportamiento de flujo es menor mientras que el índice de consistencia se hace mayor. 

La ecuación de la curva es  =  .  PREGUNTAS PLANTEADAS EN LA GUIA: 1. Cuáles son las unidades de viscosidad obtenida en la prueba? Cuál serí sería a el factor de conversión a centipoises? Rta: las unidades de viscosidad obtenidas en la prueba son ∗ , el factor de   conversión a Centipoises (CP) es: 1

 ∗    = 47880    2

Entonces las viscosidades de los fluidos estudiados en CP son: ∗    Aceite  =0.00048  ∗ 47880    

 = 23.46   

  Miel pura



 =0.088

∗  

 ∗ 47880 

 = 4213.44   

  Miel diluida



 =0.00088

∗  

 ∗ 47880 

 = 42.1344   

2. Suponga valores de rata de corte desde 1 s-1 hasta 1000 s-1 y calcule la viscosidad de cada uno de los fluidos de la prueba usando los parámetros de los modelos. Rta: para los fluidos Newtonianos se supusieron valores para la rata de corte y por interpolación se determinó el valor en esfuerzo de corte para cada una de las velocidades, aplicando la Ecuacion1 se halló la viscosidad para cada uno de los fluidos con la ecuación correspondiente. Para el Gel preparado con Guar simplemente se le dieron valores a la rata de corte y se determinó la viscosidad con la siguiente ecuación  

 =  =  /.  

Los valores de K y de n son proporcionados por la ecuación de la curva (calculados por Excel).

 

FLUIDOS NEWTONIANOS, ESTUDIADOS EN LA PRACTICA. Miel de abeja pura Miel de abeja diluida Aceite Rata de Esfuerzo Esfuerzo de Esfuerzo Viscosidad Viscosidad Viscosidad corte de corte corte de corte (lbf*s/ft^2) (lbf*s/ft^2) (lbf*s/ft^2) (lbf/ft^2) (lbf/ft^2) (1/s) (lbf/ft^2) 8 0,75 0,086 0,016 0,0051 0,026 0,00085 10 50 100 120 240 435 683 900 1000

0,7504 4,3 8,51 10,19 20,68 38,2 60,21 79,32 88,13

0,086 0,086 0,087 0,087 0,087 0,088 0,088 0,088 0,088

0,019 0,037 0,059 0,068 0,12 0,21 0,33 0,43 0,48

0,0051 0,00050 0,00050 0,00049 0,00049 0,00049 0,00048 0,00048 0,00048

0,03 0,06 0,097 0,11 0,21 0,38 0 0,59 ,59 0 0,79 ,79 0,88

0,00085 0,00086 0,00086 0,00086 0,000875 0,000875 0,00088 0,00088 0,00088

FLUIDOS SEUDOPLASTICOS (GEL) Guar #20/Mgal a 26,378°C

Guar #30/Mgal a 26,522 °C

Guar #40/Mgal a 27,456 °C

Guar #60/Mgal a 26,878 °C

Rata de corte (1/s)

Viscosidad (Pa*s)

Viscosidad (Pa*s) Viscosidad (Pa*s)

Viscosidad (Pa*s)

3

0,035

0,11

0,38

1,8

5

0,029

0,09

0,29

1,25

20

0,02

0,05

0,14

0,49

77

0,014

0,03

0,07

0,2

275

0,009

0,02

0,038

0,08

480

0,0085

0,016

0,028

0,058

666

0,0078

0,015

0,024

0,047

776 859

0,0075 0,0073

0,013 0,012

0,022 0,021

0,042 0,039

985

0,007

0,011

0,019

0,036

1000

0,0069

0,01

0,019

0,036

3. ¿Qué pasaría si el valor de índice de comportamiento de flujo se hace igual igual a la unidad? ¿O si se hace mayor a la unidad? Rta: Si el índice de comportamiento del flujo se hace igual a 1, el reograma pasaría de ser una curva decreciente a una línea recta que probablemente pase por el origen, es decir el fluido pasaría de ser No Newtoniano a Newtoniano, si este valor se hace mayor a la unidad el reograma dejará de ser una curva descendente a una curva ascendente.

 

CONCLUSIONES Según los datos obtenidos en la practica de laboratorio y con los cálculos realizados posteriormente a ella, se concluye que:   Los tres fluidos son N Newtonianos ewtonianos porque cada uno de sus reogramas arrojan una línea recta que si la prolongamos pasará por el origen, cada uno con un



grado viscosidad diferente la miel en de agua abeja(42,1344 pura (4213,44 CP), elde aceite de cocina (23,46por CP)supuesto, y la miel diluida CP).   De los tres fluidos analizados, la miel es la más viscosa partiendo de que solamente se lograron obtener dos lecturas en el reómetro, y si se observa en el reograma en donde se encuentran los tres fluidos, la pendiente de la miel de abeja es MUY alta en comparación a la de los otros dos fluidos que queda prácticamente pegada al eje de la Rata de corte.   Al realizar el procedimiento para dar respuesta la pregunta 2, se tiene que la viscosidad en los fluidos Newtonianos es constante, co nstante, es decir, no depende de la rata de corte.





En cuanto al gel preparado con Guar en diferentes concentraciones se tiene que:   Si la Temperatura aumenta, el índice de consistencia disminuye mientras que el índice de comportamiento del flujo aumenta, entonces la viscosidad de los fluidos No Newtonianos depende de la Temperatura.   Si la concentración de Guar en la mezcla es mayor, el índice de consistencia es menor y el índice de comportamiento comp ortamiento de flujo es menor, es decir adquiere ad quiere una viscosidad mayor.   Al realizar el procedimiento para la pregunta 2, se tiene que la viscosidad de los fluidos No Newtonianos depende de la Rata de corte, mientras la rata aumenta, la viscosidad disminuye.





