Proyecto Final Fenomenos


Proyecto Final Fenómenos de Transporte
Efecto Weissenberg de Ascenso en la Flecha de un Agitador

Objetivos

Observar el comportamiento de un fluido no Newtoniano por el efecto Weissenberg de ascenso en la flecha de un agitador.
Realizar una comparación entre el torque aplicado sobre un fluido y la altura que asciende el mismo sobre la flecha de un agitador.
Realizar una comparación entre eltorque y la viscosidad del fluido.
Comparar experimental y teóricamente el torque en un fluido no Newtoniano.

Introducción
Este proyecto consiste en analizar el comportamiento de los fluidos poliméricos con respecto al efecto Weissenberg, descrito por Karl Weissenberg durante la segunda Guerra Mundial. Estos fluidos son de tipo no Newtoniano, y físicamente este fenómeno se observa de la siguientemanera: si ponemos un fluido de este tipo en un vaso de precipitados y lo agitamos a una velocidad moderada con un agitador cilíndrico, en la parte superficial del mismo el fluido se concentra alrededor del agitador y asciende por él. Este comportamiento se debe a la diferencia de esfuerzos normales que ejercen una fuerza, haciendo subir al fluido hasta que la fuerza de la gravedad locontrarresta. En un fluido Newtoniano, el efecto es contrario ya que en lugar de observar un ascenso, se puede ver una depresión en el eje del agitador (figura 1).
Existen diversas diferencias entre los fluidos Newtonianos y los no Newtonianos. A continuación se enlistan algunas:

Fluidos Newtonianos:
Viscosidad constante
Carecen de propiedades elásticas
Son incompresibles e isotrópicos
Cumplen la Ley de laViscosidad de Newton:
Esfuerzo cortante y velocidad de deformación lineales
Pesos moleculares pequeños

Fluidos no Newtonianos
Viscosidad en función de la temperatura y presión
Se dividen en:
Dependientes del tiempo  La viscosidad aparente depende del tiempo durante el cual se somete a esfuerzo el fluido. En esta categoría se encuentran los fluidos tixotrópicos, reopécticos y viscoelásticosIndependientes del tiempo  El esfuerzo cortante sólo depende de la velocidad de deformación. En esta categoría se encuentran los fluidos dilatantes, pseudoplásticos y de Bingham

Esfuerzo cortante no es directamente proporcional a la relación de deformación
Pesos moleculares grandes








Modelo Experimental

El experimento realizado para determinar el comportamiento de ciertos fluidospoliméricos con respecto al efecto Weissenberg consistió en lo siguiente:

Se eligieron cuatro tipos de fluidos diferentes, todos presentando características de un fluido polimérico: catsup, shampoo, jabón líquido y carboximetilcelulosa (CMC).
Los fluidos se colocaron por separado en un vaso de precipitados, y se agitaron utilizando un agitador eléctrico con un motor de potencia 3.2 kW a las mismasvelocidades iniciales. Éstas últimas se fueron modificando, de tal manera que se analizaron los cuatro fluidos a 3 velocidades diferentes.
Previo a introducir el agitador cilíndrico al vaso, se coloca una marca en el agitador a una cierta altura y posteriormente se introduce al fluido, procurando que éste no rebase la altura de la marca. Tras agitar, se retiraba el agitador y se podía observar unaligera marca de fluido más arriba de la marcada en un inicio, indicando la presencia del efecto Weissenberg.
Tras agitar cada mezcla en cada ocasión, se midió la viscosidad de todos los fluidos utilizando un viscosímetro Brookfield.
Utilizando las ecuaciones citadas más adelante en este proyecto, se determinaron los valores de torque en cada caso, así como los esfuerzos de corte.

Para comprobar laefectividad del experimento, se realizó un modelo matemático que describe el torque de un fluido no Newtoniano, así como la velocidad en la coordenada θ.





Resultados

Salsa Catsup




Corrida
Viscosidad (Pois)
Altura (m)
Velocidad
(RPM)
Torque [T]
(HP/RPM)
Esfuerzo de corte [τ]
(N/m2)
1
2920
0.002
1310
2.34476336
0.09023728
2
3120
0.006
630
4.87561905
0.56290875
3
3350
0.005
220
13.962...