Practica n 01 de Mecanica de Fluido

7/25/2019 Practica n 01 de Mecanica de Fluido

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PRCTICA N 01: VISCOSIDAD DE ALIMENTOS.

I. OBJETIVOS:

Familiarizarse con el manejo de un viscosmetro rotacional digital.Determinar la viscosidad de alimentos utilizando el viscosmetro rotacional digital.Estudiar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de la miel u otro fluido

newtoniano o no newtoniano.

II. FUNDAMENTO TERICO.

Un fluido es una sustancia que experimenta una deformacin continua cuando se

somete a un esfuerzo cortante aunque ste sea mu! peque"o. #a resistencia a la

deformacin ofrecida por los fluidos se llama viscosidad$ la viscosidad es la

medida que define el comportamiento del flujo de un fluido.

1.1. Viscos!"#o #o"$cio%$&

#a siguiente figura muestra un viscosmetro rotacional coaxial cilndrico$ el lquido

problema del que se desea medir su viscosidad se coloca en el espacio entre el

cilindro interior ! el exterior. #a deduccin de una expresin matem%tica para la

viscosidad necesita el momento de la fuerza$ $ que &ace girar el cilindro

interior a un determinado n'mero de revoluciones por unidad de tiempo$ N $ !

de las principales caractersticas geomtricas del viscosmetro$ como el radio

exterior del cilindro interno$Ri $ el radio interior del cilindro exterior$

Re $ ! de

la altura del cilindro$L

.

Figura (.( )iscosmetro rotatorio de cilindros coaxiales.

RR L


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#a ecuacin matem%tica para un viscosmetro rotacional es la siguiente$

=

8 2NL (

1

Ri2

1

R e2 ) ******. +(.(,

El viscosmetro de cilindro simple es una variante del viscosmetro coaxioal-

cilndrico$ este aparato contiene un 'nico cilindro de radioRi $ el cual se

sumerge en un recipiente con la muestra problema$ entonces$Re= $

reemplazando este criterio en la ecuacin +(.(,$ se tiene$

=

8 2NL (

1

Ri2 ) ********. +(.,

El viscosmetro rotacional digital tiene un sistema que convierte mediante impulsos

elctricos los par%metros de la ecuacin +(.(, para calcular la viscosidad

visualiz%ndolo en una pantalla.

1.'. T!c%o&o($.

El eje axial es conectado a un lado de un resorte espiral ! el rotor axial en el otro

extremo del resorte. /uando rota sin cara aplicada$ los extremos del resorte pasan

a un sensor ligera al mismo tiempo +desde que el resorte no es desviado,. /on una

carga aplicada$ cuando el rotor es sumergido en un lquido$ el resorte es retorcido

! los extremos del resorte no perturban el sensor ligero al mismo tiempo. #a

diferencia es medida por el aparato ! las lecturas son calculadas ! ex&ibidas.

1.). E*!c"o +! &$ "!,!#$"-#$ so#! &$ /iscosi+$+.

En los fluidos newtonianos$ la expresin matem%tica que correlaciona la viscosidad

absoluta con la temperatura es una ecuacin del tipo 0rr&enius$ en los fluidos no

newtonianos la relacin de la viscosidad aparente +ndice de consistencia, con la

velocidad de deformacin es correlacionada en lugar de viscosidad absoluta.

a= exp( EaRT) ********. +(.1,


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Donde$Ea es la energa de activacin del flujo2

es una constante de

viscosidad de deformacin infinita3 R la constante de los gases ! T la

temperatura en grado 4elvin.

#a ecuacin de 5%enz ! /ostell es la m%s utilizada para calcular la viscosidad delos fluidos newtonianos o no newtonianos.

y=yox eBT

*******.+(.6,

DondeY

es la viscosidad absoluta o aparente$ o bien el esfuerzo umbral$

mientras queT

es la temperatura expresada en grados centgrados !B

es

una constante.

III. MATERIALES.

5oporte universal.

7inza de nuez.

0brazadera de aparato.

6 pilas 0.

)asija.

)iscosmetro rotacional digital.

7artes del viscosmetro rotacional digital3

(. 8otn funcin.. 7antalla digital.1. 7unto de orientacin.6. 9ornillo del compartimiento de la batera.:. 9apa de la batera.;. 0cumulador del aparato.. Eje propulsor.

2

1


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1 ?otores +?($ ?$ ?1,.

@uestra +miel,.

IV. PROCEDIMIENTO EPERIMENTAL.

7ara armar el instrumento se realizaron los siguientes procedimientos3 5e arma el viscosmetro rotacional digital$ para sostenerlo utilizamos una

abrazadera del aparato$ ste est% sostenido a un soporte universal con una pinza

de nuez.

IV.1. OPERACIN DEL EUIPO.

#a operacin del equipo, nos indica cmo se debe utilizar el viscosmetro

rotacional digital3

Po"!%ci$& +!& !+i+o#.

7resione firmemente ! mantenga el botn funcin &asta que el n'mero del modelo

aparezca en la pantalla +)9( para el 16:=::$ 9) para el 16:=;=,. El n'mero del

modelo se desconectar% ! el ajuste a cero aparecer% en la pantalla.

A2-s"! $ c!#o.

/uando el ajuste a cero aparece en la pantalla$ el usuario tiene tres segundos para

presionar el botn para activar autom%ticamente el ajuste a cero. 7resione el botn

otra vez cuando el n'mero del modelo aparece sobre la pantalla. El ajuste a cero

a&ora se &ar%. A0proximadamente (1 segundos dura el tiempo de prueba para que

la pantalla muestre B/0## C09 +llamada de espera,. El ajuste a cero elimina que

la pantalla se apo!e. El ajuste est% &ec&o con el dispositivo en la posicin de


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medida sin un rotor conectado. #a omisin del ajuste$ espera 1 segundos !

aparece en la pantalla @E05U?E@EG9 +medida,.

P$%"$&&$ +! !+i+$/uando B@E05U?E@EG9 aparece$ la unidad est% preparada para la medicin.

IV.'. MEDIDA DE LA VISCOSIDAD.

7resione el botn funcin para iniciar la medida. El medidor de potencia presenta

el rango que us el instrumento en el 'ltimo apagado. El motor devuelve

continuamente la medida. 5eleccione el tipo del rotor presionando brevemente el botn funcin +&asta el

modo de medida, ! seleccione otro tipo rotor +modelo 16:=::3 r1$ r6$ r: ! modelo

16:=;=3 ?($ ?$?1,. la pantalla$ B?H espera aparecer% aproximadamente en 1

segundos ! las medidas ser%n &ec&as usando nuevamente el seleccionador de

rango de medida del rotor +siempre compruebe que el rotor conectado est de

acuerdo con el tipo seleccionado en la pantalla,. El tipo del rotor es mostrado en el

lado izquierdo de la pantalla2 la medida de viscosidad es mostrada sobre el lado

derec&o. 5eleccione uno de los dos mtodos de medida presentados a continuacin. 5uspenda el rotor !$ si requiere$ conecte la copa graduada en los cogedores. 5umerja el rotor en la sustancia experimental &asta la marca de inmersin +sobre

el eje del rotor., @antener la unidad &orizontalmente a mano o con la agarradera colocado en el

soporte universal +el uso del soporte universal opcional es recomendado,. 5i se

mantiene a mano$ agarre la unidad con el ndice en le punto de la orientacin$ vea

la figura (.1. #ea el valor de la medida en la pantalla. El valor en el lado izquierdo de la pantalla

representa el tipo del rotor +de ?( a ?:,. El valor sobre la derec&a es la medida de

la viscosidad presionando el botn funcin moment%neamente +( segundo$ el

mejor cierra ! da el 'ltimo valor de medido calculada para la viscosidad que ser%

Bcongelada. 7resionando el botn funcin otra vez la medida ser% restablecida en

el 'ltimo rango usado.

Figura (.1 @odo de tomar el viscosmetro con la mano.


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D!s$c"i/$# !& !+i+o#.

Desde el modo medida$ firmemente presione ! mantenga el botn funcin

aproximadamente 1 segundos para apagar el instrumento completamente. #a

pantalla entonces alerta al usuario en lo que se refiere al n'mero de &oras +&,

permaneciendo antes la calibracin vencida +servicio,. #a pantalla entonces se

apagar%.

E##o#!s +! !%s$2! os"#$+o.

?ango de medida mnima excedida2 use un rotor

m%s grande.

?ango de medida m%xima excedida3 use un rotor

m%s peque"o.

?ango m%ximo excedido para : subsiguientes

medidas. El manejo de error aparece ! el motor se detiene.

El lmite de la corriente elctrica &a sido

consumido$ la unidad autom%ticamente corta el fluido elctrico. ?epare el servicio.

IV.). M3TODOS DE MEDIDAS.

M4"o+o +! !+i+$ 1.

Figura (.6 @todo ($ el rotor es sumergido en cualquier vasija.

RX XX!

RX >XX

SEGURIDAD DE

RECARGA


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El rotor es sumergido en cualquier vasija. #a distancia entre el rotor ! la pared dela vasija no tiene que ser menor que el di%metro del rotor.VENTAJAS3 es ideal para comparar soluciones experimentales.Facilidad de medida ! limpieza.

M4"o+o +! !+i+$ '.

Figura (.: @todo . El rotor es sumergido en la vasija 1 del equipo.

#as medidas son &ec&as en la vasija 1. El control de la temperatura en un ba"o

circular es posible.

VENTAJAS3 condiciones repetibles de medida.?equiere muestras peque"as de solucin +(:=ml,./ontrol de temperatura exacta.

P#i%ci,io +! !+i+$.

El rotor gira a velocidad constante sumergido en el lquido para ser probado$ la

resistencia rotacional +viscosidad, del lquido es medida ! directamente mostrada

en la pantalla digital.


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V. DATOS. 5e realiz con el rotor ?1 +grande, ! el rotor ?( +mediano,.

#a vasija con miel se llev a ba"o mara ! tuvo una temperatura :>I/$ ! se enfri

para obtener datos de la viscosidad a temperaturas menores de :>I/ ! ma!ores a=I/.

#os valores de logaritmo +J, se calcula directamente de los valores de la

)iscosidad +P$s ,para que los resultados se aproximen al valor que seobtuvieron en la pr%ctica.

T5 C Viscosi+$+5 +P$s

Viscosi+$+5 P$s6s

L% 789

= (=K (=.K 6.;K

K; K.; 6.:;

; ;< ;.< 6.=

> 1> 1.> 1.;6

1; (; (.; .


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5iendo$ 9n$ el par necesario$ #$ la longitud del cilindro interior +m,$ L=$ n'mero de

rps$ r($ radio del cilindro exterior ! r del cilindro interior +m,

El par necesario se puede calcular conociendo el peso que se coloc en el

extremo del &ilo ! el radio de la polea. En este equipo se determinan viscosidades

de muestras a temperatura ambiente !a que carece de ba"o calefactor. #a

expresin que permite &allar las revoluciones por segundo +L=, se define3

O= Lr

D i t

Donde$ #r$ es longitud recorrida +m,$ Di$ es el di%metro del cilindro interno +m, ! t$

es el tiempo medido +s,.

5e deber%n realizar medidas de una misma muestra con tres pesos diferentes$ !a

dem%s$ se deber%n efectuar como mnimo tres medidas de tiempo en cada

determinacin.

'. D!"!#i%! 8o5 85 B5 +! &$ !c-$ci% 71.=95 (#$*ic$%+o !% ,$,!& s!i&o($#"ic$8 !% *-%ci% +! &$ "!,!#$"-#$ ,$#$ &$ i!&.

/on la ecuacin de S$4%< > Cos"!&&$ #a viscosidad toma el valor de J.

Y=YO eBT

Donde3

o J3 viscosidad$ +d7as,.o 93 9emperatura$ +I/,.

o

Y

ln(O)+ln(eBT)(Y)=

Y

ln(O)+(BT)(log e) ln(Y)=

o

Y

ln(O)+(BT)ln (Y)=

1


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Y=a+b(x )

Tg ()= fiTfTi

Donde3

#a diferencia del punto inicial ! final3=fi

9f3 temperatura final ! 9i3 temperatura inicial.

#a interseccin en la gr%fica del papel milimetrado es3 ;.;:

tf ti

Tg ()=Y2Y1

Tg ()=1.754.695020

Tg ()=0.098

Es decir3

7ara &allar el valor de Jo$ sera sacando el antilogaritmo de

ln (Yo )=6.65(lainterseccin)

eln (YO)=e6.65

ln (Yo )=6.65

Yo=e6.65

El valor de J$ se obtiene con los valores de 8 ! JM.! por lo tanto tomamos

temperatura cualquiera.

Variable

Independien

Intersei"n Pendient

3 B=0.098

YO=722.78


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Y=YO eBT

Y=722.78e(0.098T)

9omamos para 9O=I/

Y=722.78e(0.09820)

El gr%fico en Excel2 donde 83 ;.:1>.

1# 2$ 2# %$ %# &$ #$ ## '$ '#

$1

2

%

&

#

()*+ , - $.1* / '.#&

R0 , $.9

Ln (Y) vs T, [C]

Linear )+

T [C]

Ln (Y)

7or lo tanto se lleg a que la viscosidad de la miel +=I/, tiene3 (>K d7a +en lo

terico, a comparacin con los resultados de la pr%ctica$ la viscosidad es de

(=>.>:d7a.

#a interseccin en el papel milimetrado es de ;.;: ! en Excel es de ;.:1>$ por

lo tanto la interseccin estara prxima a de los datos de la pr%ctica.

VII. CUESTIONARIO.

). E?,&ic$# &$ /$#i$ci% +! &$ /iscosi+$+. @%+ic! +! co%sis"!%ci$ !% *-%ci% +! &$"!,!#$"-#$.Es la variacin de la viscosidad de un fluido con la temperatura. 7or ejemplo3 en

el caso de la miel$ si esta fro$ lo que indica que tiene viscosidad elevada.

Y=108.85=109


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/onforme aumenta la temperatura de la miel$ su viscosidad disminu!e en forma

notable.9odos los fluidos muestran este comportamiento en cierto grado. De acuerdo a la

gr%fica de la viscosidad din%mica versus la temperatura +gr%fica (,.

=. E& %+ic! +! co,o#"$i!%"o $& *&-2o !s $*!c"$+o c-$%+o /$#$ &$"!,!#$"-#$

Un flujo con ndice de viscosidad alta muestra un cambio peque"o en su

viscosidad$ con la temperatura. Un fluido con ndice de viscosidad bajo muestra un

cambio grande en su viscosidad con la temperatura.

!"=L!L#

x100

)O viscosidad cinem%tica de la muestra.

#O viscosidad cinem%tica de la muestra est%ndar con ) de cero$ ! que a (==I/

tiene la misma viscosidad que la muestra.

. -4 !s !& -#$& +! *&-!%ci$

El umbral de fluencia$ son los valores medidos que est%n fuertemente asociadas

con el relajamiento +creep,$ crecimiento de la tensin de cizalla$ tixotropa ! con la

variacin de los tiempos caractersticos. Pa! dos tipos de umbrales de fluencia3 el

est%tico ! el din%mico.

E& -#$& +! *&-!%ci$ !s";"ico: es el que se mide en estado de reposo ! esrelativamente m%s alto que el umbral de fluencia din%mico.

E& -#$& +! *&-!%ci$ +i%;ico3 es al cual se le &a aplicado deformaciones que&an llevado a una destruccin completa de su estructura interna. Uno de los

factores importantes en la medicin del umbral de fluencia es la reproductibilidad

de los datos experimentales$ este es crtico cuando se comparan caractersticas

globales entre industrias.0dem%s el umbral de fluencia es importante para dise"ar sistemas de

procesamiento de alimentos que requieran procesamiento trmico. EQU7M5

G59?U@EG9M5 ?EM#MR/M5 /M@UGE5. 5e clasifican en dos tipos3

?otacional ! tubular.

VIII. CONCLUSIONES.

o 5e aprendi el manejo de un viscosmetro rotacional digital ! el reconocimiento

sus partes.o 5e determin la viscosidad de alimentos utilizando el viscosmetro rotacional

digital.


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o Estudiamos u observamos el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de la

miel u otro fluido newtoniano o no newtoniano$ aqu intercambiamos nuestro

conocimiento terico en la pr%ctica.

I. REFERNECIA BIBLIORFICA.

- @M99$ ?M8E?9 # +==;,. B@ec%nica de Fluido. 5exta Edicin. Editorial 7earson

Educacin$ @xico.- ?0G0#D ). giles$ S0/4 8. Ebert$ /PEGR#0. (KK6 B@ec%nica de Fluidos

9ercera Edicin 0rabaca-@adrid +Espa"a.,

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