Práctica No. 3.

Nombre de la práctica: Determinaciones de viscosidad de fluidos Newtonianos y no Newtonianos.

1. Competencia específica a desarrollar. Determinar la viscosidad de líquidos newtonianos y no newtonianos a diferentes temperaturas, utilizando Viscosímetro de Embudo y el Viscosímetro de Flujo POLIVISCⓇ. 2. Introducción. La viscosidad es una propiedad asociada a la fricción o rozamiento interno de las sustancias que fluyen. Se mide fácilmente en las condiciones de flujo laminar. El flujo laminar es el que puede considerarse formado por delgadas láminas que fluyen unas sobre otras a velocidades diferentes. Cuando el flujo no sigue este esquema se llama turbulento. También ocurre flujo laminar cuando fluyen por tubos los fluidos a velocidades moderadas. La capa fina del fluido en contacto con la pared es probablemente estacionaria; la capa siguiente fluye lentamente y la capa adyacente con mayor rapidez. El fluido corre entonces como si consistiera en muchos cilindros concéntricos, cada uno de los cuales se mueve con velocidad constante, que aumenta de la pared al centro del tubo. En el estado estacionario, es preciso aplicar una fuerza para conservar el movimiento. Donde la fuerza por unidad de área es proporcional a la disminución de la velocidad con la distancia. La constante de proporcionalidad corresponde la viscosidad del fluido y puede expresarse como:

𝐹/𝐴= 𝜇𝑑𝑣𝑥 / 𝑑𝑦 o también:

𝜏𝑥𝑦=𝜇𝑑𝑣𝑥 / 𝑑𝑦En otras palabras, la fuerza de cizalla por unidad de área es proporcional al gradiente negativo de la velocidad local. Lo anterior se conoce como ley de viscosidad de Newton y los fluidos que la cumplen se denominan fluidos newtonianos. La experiencia demuestra que existen algunos fluidos que no se comportan de acuerdo con la ecuación anterior, a estas substancias se les conoce como fluidos no newtonianos. La viscosidad y la resistencia de gel son medidas que están relacionadas a las propiedades de flujo de los fluidos. El viscosímetro de embudo Marsh se ha usado por muchos años para obtener una indicación de la viscosidad relativa de los fluidos de perforación. Este viscosímetro esta calibrado para descargar un flujo de 946ml de agua dulce a una temperatura de 70 +/- 5°F (21 +/- 3°C) en 26 +/- 0.5 segundos.

El embudo Marsh es un simple dispositivo usado para la rápida medida rutinaria de la viscosidad del fluido. Este es un excelente indicador de los cambio en las propiedades de los fluidos de perforación. El embudo Marsh tiene una forma cónica, un diámetro superior de 6 pulgadas (152 mm) y 12 pulgadas (305 mm) de largo, con una capacidad de 1500 cm3. Una malla 12 mesh cubre la mitad de la parte superior y está diseñada para remover cualquier material extraña y cuttings presentes en el fluido. El fluido se descarga a través de un orificio fijo que está en la parte inferior del embudo y que mide 2 pulg. (50.8 mm) por 3/16pulg. (4.7mm). Los viscosímetros rotacionales son útiles en un amplio intervalo de viscosidades y particularmente valiosos para el estudio de sistemas no newtonianos. Normalmente se emplean se emplean para valores superiores a 50 poises, aunque su uso es satisfactorio aun en los gases. Para trabajos de mayor precisión (superior a 0.1 %), su diseño y construcción se hacen difíciles sin embargo, para trabajos de rutina en los cuales la precisión es menos esencial, su uso es satisfactorio por su sencillez y comodidad. El diseño de estos viscosímetros permite realizar experimentos relativamente sencillos y de interpretación bastante directa. En esta práctica usaremos el viscosímetro de flujo POLYVISC® que se utiliza para la determinación de la viscosidad en productos diversos, se recomienda consultar el manual de operación.

4. Procedimiento. Embudo Marsh. Procedimiento de Calibración. 1.- Tapar el extremo del embudo con un dedo y verter agua limpia a través del tamiz hasta que el nivel coincida con la base del tamiz. 2.- Sostener firme y recto el embudo sobre el vaso graduado con indicación de ¼ de galón.

3.- Retirar el dedo del extremo y medir con un cronometro en tiempo que tomo en escurrir ¼ de galón de agua a través del embudo. Este tiempo debe ser de 26 segundos que es la viscosidad embudo del agua. Medición. 1.- Mantenga el embudo en posición vertical hacia arriba tapando el orificio de salida con el dedo. 2.- Vierta una muestra de lodo fresco para ser ensayado a través de la malla hasta que el nivel del fluido alcance la parte inferior de la malla. 3.- Remueva el dedo de la salida y comience a medir el tiempo con un cronometro. Usando el vaso de precipitados graduado, mida el tiempo para que el fluido llene el nivel indicado que es de ¼ Gal (946 ml). 4.- Mida la temperatura. 5.- Reportar el tiempo como viscosidad de embudo MARSH, el tiempo que tarde para que ¼ de galón de la muestra salga por el embudo. 6.- Limpie y seque completamente el embudo y el vaso después de cada uso.

Viscosímetro Polyvisc. 1. Encienda el POLYVISC® con el interruptor de potencia que se encuentra en la parte trasera.

2. Nivele el equipo con el nivel de burbuja ubicado en la parte trasera del equipo.

3. Seleccione el eje adecuado para la medición e insértelo en el equipo.

4. En el menú seleccione el eje correspondiente y las revoluciones por minuto de la prueba.

5. En un vaso de 250 ml vierta el fluido correspondiente y verifique que el nivel sea el adecuado (observe la marca del eje y compárelo con el nivel). Para valores consistentes, siempre llene para la misma cantidad y conserve el POLYVISC lo más nivelado posible.

6. Cuando mida a temperaturas diferentes a la ambiente, utilice un baño maría para mantener la temperatura constante.

7. Al introducir el eje en el líquido, verifique que el disco del eje no tenga burbujas.

8. Repita la lectura 3 veces, verificando que los valores de viscosidad no sean inferiores al 15 % del límite superior del rango de medición seleccionado (ver tabla del manual).

9. Anota en la tabla los datos correspondiente

5. Cuestionario. 1. ¿Cuál es el efecto de la temperatura sobre la viscosidad? 2. Explique ¿porqué los valores obtenidos de viscosidad varían con el tipo de eje y las rpm empelados? 3. ¿Cuál es la diferencia entre un fluido newtoniano y no newtoniano? 4. ¿Describa de manera sintética (no más de 7 líneas) otros tipos de viscosímetros (Cannon-Fenske, cilindros coaxiales, MacMichael, Stormer) 6. Referencias bibliográficas. R.B. Bird, (1987). Fenómenos de Transporte. 2ª edición. México: Editorial Reverté. Kinematica AG. Manual de operaciones del viscosímetro POLYVISC ⓇManual del Ingeniero Químico, Ed. Mc Graw-Hill