Fluidos no newtonianos LIQ1
couldblackPráctica o problema12 de Mayo de 2016
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PROBLEMA
Para cada uno de los líquidos suministrados, describir el comportamiento de la viscosidad en un reograma e indicar de qué tipo de fluidos se trata y cuál líquido elegiría en caso de querer ahorrar energía para moverlo a altas velocidades de corte.
INTRODUCCIÓN
Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo si siguen o no la ley de Newton de la viscosidad.
Los fluidos que siguen la ley de viscosidad de Newton se les llaman newtonianos, mientras que los que no siguen esa ley son los llamados no newtonianos.
Los fluidos no newtonianos que son el objeto de estudio en esta práctica, decimos que no siguen la ley de viscosidad de Newton, porque a cambios en las velocidades de corte del fluido, el esfuerzo cortante no varía de manera lineal.
Los fluidos no newtonianos también se caracterizan por el hecho de que a velocidades de corte distintas, la viscosidad de fluido varia, en unos aumenta y en otros disminuye dependiendo de su comportamiento.
Existen varios tipos de fluidos no newtonianos, por ejemplo, pseudoplásticos, dilatantes, plástico de Bingham, entre otros muchos, como se pueden apreciar en la siguiente imagen.
En la práctica determinaremos que tipo de fluido no newtoniano es en base al comportamiento que presenta cuando le aplicamos diferentes velocidades de corte.
[pic 1]
RESULTADOS
Tabla 1. Resultados experimentales de la pintura.
T °C | RPM Ω | Torque % | Viscosidad (cP) | %T/Ω | τ | dvϴ/dr | τ/(dvϴ/dr) | ||
Corrida 1 | Corrida 2 | Corrida 1 | Corrida 2 | ||||||
20.3 | 1 | 3.4 | 3.6 | 34000 | 36000 | 8.10883501 | 0.002384951 | 3400 | |
20.3 | 2 | 4.7 | 5.1 | 23500 | 25000 | 1.3 | 11.2092719 | 0.004769903 | 2350 |
20.4 | 4 | 6.6 | 7.1 | 16500 | 17750 | 0.95 | 15.7406797 | 0.009539806 | 1650 |
20.3 | 5 | 7.4 | 7.8 | 14800 | 15600 | 0.8 | 17.6486409 | 0.011924757 | 1480 |
20.3 | 10 | 10.4 | 11 | 10300 | 10900 | 0.6 | 24.8034953 | 0.024081063 | 1030 |
20.3 | 20 | 14.8 | 15.6 | 7400 | 7850 | 0.44 | 35.2972818 | 0.047699029 | 740 |
20.3 | 50 | 24.1 | 25.4 | 4820 | 5060 | 0.31 | 57.4773305 | 0.119247574 | 482 |
20.3 | 100 | 35.1 | 36.6 | 3520 | 3670 | 0.22 | 83.7117967 | 0.237817604 | 352 |
Tabla 2. Resultados experimentales del aceite.
T | RPM | Torque % | Viscosidad (cP) | %T/Ω | τ | dvϴ/dr | τ/(dvϴ/dr) | ||
Corrida 1 | Corrida 2 | Corrida 1 | Corrida 2 | ||||||
20.3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
|
|
|
20.3 | 2 | 0.1 | 0.1 | 50 | 50 | 0.1 | 0.02017877 | 0.00403575 | 0 |
20.3 | 4 | 0.1 | 0.1 | 25 | 25 | 0 | 0.02017877 | 0.00807151 | 0 |
20.2 | 5 | 0.1 | 0.2 | 20 | 20 | 0 | 0.02017877 | 0.01008938 | 2 |
20.1 | 10 | 0.2 | 0.2 | 20 | 20 | 0.02 | 0.04035753 | 0.02017877 | 2 |
20.1 | 20 | 0.4 | 0.4 | 20 | 20 | 0.02 | 0.08071506 | 0.04035753 | 4.1 |
20 | 50 | 1.5 | 1.6 | 32 | 32 | 0.04 | 0.30268149 | 0.09458796 | 4.7 |
20 | 100 | 4 | 4.1 | 40 | 41 | 0.05 | 0.80715063 | 0.20178766 | 4 |
CALCULOS
%T/Ω=[pic 2]
Esfuerzo en la pared
[pic 3]
[pic 4]
Viscosidad aparente
[pic 5]
CUESTIONARIO
1. Si la velocidad angular Ω aplicada de 1 rpm se duplica, ¿qué respuesta se obtiene del torque % T?
- En el caso de la pintura aumenta de 3.4 a 4.7% en la corrida 1 y en la corrida 2 aumento de 3.6 a 5.1%.
- En el caso del aceite aumenta de 0 a 0.1% en la corrida 1 y en la corrida 2 aumento de 0 a 0.1%.
2. Si la velocidad angular Ω aplicada de 10 rpm se duplica, ¿qué respuesta se obtiene del torque % T?
- En el caso de la pintura aumenta de 10.4 a 14.8% en la corrida 1 y en la corrida 2 aumento de 11 a 15.6%.
- En el caso del aceite aumenta de 0.2 a 0.4% en la corrida 1 y en la corrida 2 aumento de 0.2 a 0.4%.
3. Si la velocidad angular Ω aplicada de 50 rpm se duplica, ¿qué respuesta se obtiene del torque % T?
- En el caso de la pintura aumenta de 24.1 a 35.1% en la corrida 1 y en la corrida 2 aumento de 25.4 a 36.6%.
- En el caso del aceite aumenta de 1.5 a 4% en la corrida 1 y en la corrida 2 aumento de 1.6 a 4.1%.
4. Dado el comportamiento anterior, ¿cómo se comporta el torque frente a la velocidad angular? Explicar con ayuda de una gráfica este comportamiento (Gráfica 1).
En el caso de la pintura observamos que los datos no siguen un comportamiento lineal, lo que ocasiona que a un aumento de la velocidad angular el torque variara pero no de manera proporcional, entre mayor fuera la velocidad angular, el aumento del torque era menor de lo que se esperaría requerido para cierta velocidad.[pic 6]
En el caso del aceite observamos un comportamiento lineal de los datos, lo que indica que a una mayor velocidad angular el torque aumentaba de manera proporcional, se tuvieron que quitar los primeros tres datos para que pudiera ajustar bien la recta, de otra manera no se podía apreciar bien el comportamiento del torque frente a la velocidad angular[pic 7]
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