PARÁMETROS REOLÓGICOS DE FLUIDOS PLÁSTICOS
Enviado por qaszwsxedcrfv • 19 de Mayo de 2013 • Informe • 2.615 Palabras (11 Páginas) • 341 Visitas
MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS
PARÁMETROS REOLÓGICOS DE FLUIDOS PLÁSTICOS
BINGHAM EN VISCOSÍMETROS ROTACIONALES DE
CILINDROS CONCÉNTRICOS
Armando A. Díaz García
Universidad de Oriente
En este trabajo se hace la deducción teórica de la ecuación de la curva de flujo de fluidos no
newtonianos del tipo plásticos Bingham en un sistema de cilíndros concéntricos de ánulo estrecho,
en función de los parámetros reológicos, y se presenta un método en que, basándose en los datos
obtenidos a partir de una seudocurva de flujo, es posible obtener los valores verdaderos de
gradiente de velocidad. Se comparan los resultados obtenidos con este método con los propuestos
por otros autores.
Palabras clave: reología, fluidos pásticos Bingham.
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In this work the deduction of the equation of the curve of flow of non newtonians fluids of the type
Bingham plastics is made in a system of concentric cylinders of narrow annel, in function of the
rheologycal parameters and a method is presented in being based on the data obtained starting
from a pseudo-curve of flow is possible to obtain the true values of gradient of speed. The results
obtained with this method are compared with those proposed by other authors.
Key words:rheology, plastic fluids Bingham.
Introducción
Existe una gran variedad de viscosímetros
rotacionales en el mercado, pero no todos son
satisfactorios para obtener las curvas de flujo de
fluidos no newtonianos, ya que para ello deben
tener la posibilidad de determinar valores de esfuerzo
cortante a diferentes magnitudes de velocidades
de deformación.
Muchos viscosímetros rotacionales no tienen
esta posibilidad y por lo general, dan un valor de
viscosidad relativa o lecturas características que
pueden ser funciones de una o varias propiedades
de flujo.
Otros viscosímetros miden el torque aplicado
al cilindro rotor para diferentes valores de velocidad
angular del mismo, y realizando varias mediciones
de torque a diferentes velocidades angulares
es posible tener curvas de flujo del material
contenido en el ánulo.
Sin embargo, no resulta fácil la determinación
de los gradientes de velocidad que tienen lugar
según las características reológicas de los materiales,
y por lo general los resultados obtenidos se
dan en forma de seudocurva de flujo.
En este artículo se desarrollará un método
sencillo para el cálculo de los gradientes de velocidad
verdaderos en fluidos del tipo Plásticos
Bingham en viscosímetros rotacionales con ánulos
estrechos (S< 1,2), desarrollado a partir de balances
de cantidad de movimiento en el ánulo.
Fundamentos teóricos
Clasificación de los fluidos no-newtonianos
La primera gran clasificación agrupa a los
fluidos en dos grandes grupos: los fluidos cuyas
características reológicas dependen del tiempo y
los que no dependen de éste.
Los fluidos no newtonianos cuyos parámetros
reológicos dependen del tiempo, son aquéllos
cuyas características dependen de las condiciones
de los estados de deformación a las cuales ha
sido sometido anteriormente el material, y los
independientes del tiempo son aquéllos cuyos
parámetros reológicos son independientes del
estado de deformación a que ha sido sometido el
material, y por lo tanto, son constantes en el
tiempo.
68 TECNOLOGÍA QUÍMICAVol. XXII, No. 3, 2002
t
p w
C
t
R L
=
2 2
Fluidos independientes del tiempo
En la literatura especializada se puede
encontrar un sin número de clasificaciones
basadas en los modelos matemáticos que
caracterizan la relación entre los esfuerzos
cortantes y el gradiente de velocidad.
En forma de resumen se muestran los
modelos reológicos más utilizados en nuestro
pais.
Viscosímetros rotacionales de cilíndros
concéntricos
Los viscosímetros rotacionales de cilindros
concéntricos son uno de los instrumentos más
versátiles y de manipulación más sencilla que se
encuentran en el mercado; éstos están formados
esencialmente por dos cilindros concéntricos, uno
de los cuales rota mientras que el otro permanece
estacionario, y se diseñan de manera que sea
posible medir el esfuerzo cortante a diferentes
valores de velocidades de deformación en el
fluido contenido en el anulo existente entre los dos
cilindros.
En estos equipos es posible medir la velocidad
angular del cilindro rotor a un valor de torque
aplicado, como en el caso de los viscosímetros
Stormer o viceversa, como en los Rheotest.
Determinación del esfuerzo cortante y el
gradiente de velocidad para un fluido
contenido en el ánulo entre dos cilindros
concéntricos
Con vistas a poder establecer las ecuaciones y
métodos que permitan el cálculo de los parámetros
reológicos en este sistema, se hace necesario
realizar los siguientes postulados:
a. El flujo es isotérmico y estacionario.
b. No existen componentes axiales ni radiales de
la velocidad.
c. La velocidad tangencial en el fluido es sólo
función de la distancia al eje del cilindro rotor.
d. No hay deslizamiento en la pared.
e. Los efectos finales pueden ser despreciados.
f. No actúan otras fuerzas externas.
g. El régimen de flujo es laminar.
Determinación del esfuerzo cortante
Considere un material contenido en el espacio
comprendido entre dos cilindros verticales
concéntricos, cuando el cilindro interior rota a N
revoluciones por segundo (ver fig.1), por un balance
de fuerzas en la superficie del cilindro a un
valor constante de N se obtiene:
(1)
de donde:
(2)
La ecuación (2) supone que todo el torque
aplicado se consume en vencer la resistencia al
movimiento que provoca la pared del cilindro
rotor, y se desprecia el efecto que puedan tener la
base y/o el fondo del cilindro (efectos finales).
t
Rc
RcL w = 2p × t
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g
p
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