Viscosity of Non-Newtonian Fluid Using Brookfield Rotational Viscometer

Summary

El script de un video educativo muestra el proceso para determinar la viscosidad de un fluido no newtoniano utilizando un viscosímetro rotativo Brookfield. Se describe que la viscosidad es la resistencia interna al flujo del fluido y se establece como objetivo medir la viscosidad en función de las tasas de cizallamiento a presión atmosférica y temperatura ambiente. Se detalla el equipo necesario, incluyendo el viscosímetro, el husillo, el recipiente de muestra y la solución de polímero. Se explica el funcionamiento del viscosímetro, que mide la deformación de una spirra calibrada debido a la resistencia del fluido al husillo. Se destaca la importancia de la selección adecuada del husillo y la realización de mediciones en diferentes velocidades rotativas para obtener múltiples lecturas. Se enfatiza la necesidad de asegurar que el husillo esté completamente sumergido en la solución y de que las lecturas del viscosímetro estén estabilizadas antes de registrar los datos. Finalmente, se menciona la importancia de trazar el gráfico de la tensión de cizallamiento en relación con la viscosidad para identificar el tipo de fluido y se indica el procedimiento para limpiar el equipo después de la medición.

Takeaways

• 🧪 **Objetivo del laboratorio**: Determinar la viscosidad de un fluido no newtoniano a presión atmosférica y temperatura ambiente en función de las tasas de cizallado utilizando un viscosímetro rotativo Brookfield.
• 📐 **Principio de operación**: El viscosímetro medirá la resistencia interna al flujo del fluido al hacer girar un eje a través de un resorte calibrado, midiendo la deformación del resorte con un transductor rotativo.
• 🔩 **Selección del eje**: Se debe elegir un eje que resulte en mediciones entre el 10% y el 100% en la escala de torque del instrumento. Se utilizará el eje número 18 para este experimento.
• 📦 **Contenedores y equipos**: Se requiere un viscosímetro, un eje, un recipiente de muestra, una protectora y una solución de polímero en un recipiente de 600 ml.
• 💧 **Preparación de la muestra**: Llenar el recipiente de muestra hasta aproximadamente el 25% con la solución de polímero, asegurándose de que el eje esté completamente sumergido una vez colocado.
• ⚙️ **Configuración del viscosímetro**: Iniciar el viscosímetro, reemplazar el eje y ajustar las RPM para las mediciones, asegurándose de que el porcentaje de torque esté dentro del rango adecuado.
• 📈 **Mediciones**: Tomar al menos cinco lecturas a diferentes RPM, midiendo la tasa de cizallado y la viscosidad para trazar su relación en un gráfico.
• 🔁 **Cambio de velocidad**: Utilizar las flechas arriba y abajo para ajustar las RPM y obtener nuevas mediciones.
• 📊 **Visualización de datos**: El viscosímetro muestra la viscosidad, la temperatura del fluido, el porcentaje de torque y las RPM. Utilizar el botón de visualización seleccionada para mostrar el estrés de cizallado y la tasa de cizallado.
• ⚠️ **Precaución con la tasa de cizallado**: Si el porcentaje de torque no está entre el 10% y el 100%, ajustar la velocidad para volver a entrar en el rango adecuado.
• ✋ **Estabilización de la lectura**: Asegurarse de que la lectura en el viscosímetro se haya estabilizado antes de tomar mediciones para garantizar la precisión.
• 🧼 **Limpieza final**: Después de tomar las mediciones, apagar el dispositivo, desmontar los componentes y limpiarlos cuidadosamente.

Q & A

¿Qué es la viscosidad y cómo se define?

La viscosidad es la resistencia interna al flujo del fluido. Se define como la resistencia interna a la que se somete un fluido cuando se le aplica un campo de velocidad.

¿Cuál es el objetivo del laboratorio 2?

El objetivo del laboratorio 2 es determinar la viscosidad de un fluido no newtoniano a presión atmosférica y a temperatura ambiente en función de las tasas de cizallamiento, utilizando el viscosímetro rotativo Brookfield.

¿Qué equipos son necesarios para realizar el laboratorio?

Los equipos necesarios incluyen un viscosímetro, un eje, un contenedor de muestra, una patilla de protección, una solución de polímero en un cazo de 600 ml.

¿Cómo funciona el viscosímetro rotativo?

El viscosímetro rotativo funciona impulsando un eje a través de una primavera calibrada. La resistencia viscousa del fluido contra el eje se mide por la deformación de la primavera, la cual es medida con un transductor rotativo.

¿Cómo se determina el rango de viscosidad del viscosímetro?

El rango de viscosidad del viscosímetro en Copo o mil Pascal segundos se determina por la velocidad rotativa del eje, el tamaño y la forma del eje, el contenedor en el que el eje está rotando y la fuerza de torque a escala completa de la primavera calibrada.

¿Qué son las dos reglas generales para la selección del eje en el proceso de ensayo y error?

La primera regla es que el rango de viscosidad es inversamente proporcional al tamaño del eje. La segunda regla es que el rango de viscosidad también es inversamente proporcional a la velocidad rotativa.

¿Qué eje se usará para el experimento y por qué?

Se usará el eje número 18, porque tiene un diámetro adecuado para medir la viscosidad del fluido en cuestión, asegurando que las mediciones se realicen entre el 10% y el 100% de la escala de torque del instrumento.

¿Cómo se debe llenar el contenedor de muestra antes de insertar el eje?

El contenedor de muestra debe llenarse con aproximadamente el 20 al 25% de la solución de polímero, asegurándose de que el fluido sea lo suficientemente viscoso para cubrir completamente el eje una vez que esté dentro del contenedor y para evitar que se derrame.

¿Cómo se asegura que el eje esté completamente sumergido en la solución de polímero antes de continuar?

Se debe insertar lentamente el eje en el contenedor de muestra y asegurarse de que esté bien sumergido antes de adjuntarlo al viscosímetro, asegurándose de que no haya aire entre el eje y la solución.

¿Qué parámetros se pueden medir en el viscosímetro una vez que se ha insertado el eje y se ha llenado el contenedor de muestra?

Se pueden medir la viscosidad, la temperatura del fluido, el porcentaje de torque y las revoluciones por minuto (RPM).

¿Cómo se toman las mediciones en diferentes RPM para trazar la relación entre el estrés de cizallamiento y la viscosidad?

Se toman mediciones a diferentes velocidades utilizando las flechas arriba y abajo del teclado para ajustar las RPM. Se registran los valores de tasa de cizallamiento y viscosidad para cada lectura.

¿Qué ocurre si el porcentaje de torque no está entre el 10% y el 100%?

Si el porcentaje de torque no está dentro de este rango, se debe ajustar la velocidad del motor para que el torque se ajuste nuevamente dentro del intervalo adecuado.

¿Cómo se asegura la precisión de las mediciones?

Se debe asegurar que la lectura en el viscosímetro se haya estabilizado antes de tomar cada medición. Además, se debe limpiar cuidadosamente el equipo una vez finalizadas las mediciones.

Outlines

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🧪 Configuración y Uso del Viscosímetro Brookfield

Este párrafo describe el proceso de configuración y uso de un viscosímetro Brookfield para medir la viscosidad de un fluido no newtoniano. Se menciona que la viscosidad es la resistencia interna al flujo del fluido y el objetivo es determinar la viscosidad en función de las tasas de cizallamiento a presión atmosférica y temperatura ambiente. Se detalla la lista de equipos necesarios, como el viscosímetro, el eje, el contenedor de muestra, entre otros. Se explica el principio de funcionamiento del viscosímetro, que involucra el uso de un resorte calibrado y un transductor rotativo para medir la deformación del resorte debido a la resistencia del fluido. Se destaca la importancia de seleccionar el eje adecuado para obtener mediciones precisas y se proporciona una guía para hacerlo. Finalmente, se ofrecen instrucciones paso a paso para encender el equipo, llenar el contenedor de muestra con la solución de polímero, sumergir el eje en la solución y ajustar la velocidad de rotación para tomar mediciones.

05:05

📈 Toma de Mediciones y Análisis de Datos

Este párrafo se enfoca en la toma de mediciones y el análisis de datos para determinar la viscosidad y otras propiedades del fluido no newtoniano. Se indica cómo se debe ajustar la velocidad de rotación (RPM) para diferentes mediciones y se describe cómo se debe leer la viscosidad, el estrés de cizallamiento y la tasa de cizallamiento en el viscosímetro. Se menciona que es necesario tomar al menos cinco lecturas a diferentes RPM para trazar la relación entre el estrés de cizallamiento y la viscosidad en un gráfico. Además, se sugiere que se verifique que la lectura en el viscosímetro esté estabilizada antes de tomar cada medición para asegurar la precisión. Se aclara que al finalizar las mediciones, se debe apagar el equipo, desmontar y limpiar cuidadosamente el eje y el contenedor de muestra.

Keywords

💡Viscosidad

La viscosidad es la resistencia interna de un fluido al flujo. En el video, es el objetivo principal para determinar la viscosidad de un fluido no newtoniano a presión atmosférica y a temperatura ambiente en función de las tasas de cizallamiento. La viscosidad es un concepto fundamental en la física y la ingeniería, y es esencial para entender las propiedades de los fluidos y su comportamiento en diferentes condiciones.

💡Viscosímetro de Brookfield

El viscosímetro de Brookfield es el equipo utilizado para medir la viscosidad del fluido. Funciona mediante la rotación de un eje a través de un resorte calibrado, donde la resistencia viscousa del fluido contra el eje se mide a través de la deformación del resorte. En el video, se utiliza este instrumento para obtener mediciones precisas de viscosidad en diferentes tasas de cizallamiento.

💡Fluido no newtoniano

Un fluido no newtoniano es aquel cuya viscosidad varía con el cizallamiento. Esto se contrasta con los fluidos newtonianos, donde la viscosidad es constante independientemente de la tasa de flujo. En el video, se estudia la viscosidad de un fluido no newtoniano para entender cómo cambia con las tasas de cizallamiento.

💡Cálculo de tasas de cizallamiento

Las tasas de cizallamiento son medidas de la velocidad a la que las capas de un fluido se deslizan una sobre la otra. En el video, se toman mediciones de viscosidad a diferentes tasas de cizallamiento para trazar la relación entre ambas. Esto es crucial para entender el comportamiento del fluido bajo diferentes condiciones de flujo.

💡Eje o spindle

El eje o spindle es la parte del viscosímetro de Brookfield que se sumerge en el fluido y se rota para medir su viscosidad. La elección del spindle adecuado es crucial para obtener mediciones precisas, ya que depende del rango de viscosidad del fluido que se está analizando. En el video, se utiliza el spindle número 18 para la medición.

💡Contenedor de muestra

El contenedor de muestra es donde se coloca la solución de polímero para ser analizada. Es importante que el contenedor esté alrededor del 25% lleno para asegurar que el spindle esté completamente sumergido y para evitar derrames. En el video, se describe cómo llenar el contenedor y cómo asegurarlo antes de proceder con la medición.

💡Resorte calibrado

El resorte calibrado es una parte integral del viscosímetro de Brookfield que se deforma debido a la resistencia del fluido al movimiento del spindle. La deformación del resorte es proporcional a la viscosidad del fluido y es medida para calcular la viscosidad. En el video, se menciona que la viscosidad se mide a través de la deformación del resorte.

💡Tasa de rotación

La tasa de rotación, medida en RPM (revoluciones por minuto), es la velocidad a la que gira el spindle en el viscosímetro. El rango de medición de viscosidad del viscosímetro depende de la tasa de rotación, el tamaño y la forma del spindle, y el contenedor donde se realiza la medición. En el video, se ajustan diferentes tasas de rotación para tomar mediciones en diferentes tasas de cizallamiento.

💡Tensión de cizallamiento

La tensión de cizallamiento es la fuerza por unidad de área que actúa en un fluido cuando este se somete a un cizallamiento. Es una de las magnitudes medidas con el viscosímetro de Brookfield y es importante para entender la relación entre la viscosidad y el cizallamiento en el fluido. En el video, se toma la tensión de cizallamiento a 12 RPMs como 16.6.

💡Tasa de cizallamiento

La tasa de cizallamiento es la velocidad a la que las capas del fluido se desplazan relativas una a otra. Es una magnitud clave en la hidráulica y la ingeniería de fluidos y se mide en el viscosímetro. En el video, se menciona que la tasa de cizallamiento a 12 RPMs es de 15.8.

💡Graficación de datos

La graficación de datos es el proceso de trazar los resultados obtenidos en un gráfico para visualizar y analizar la relación entre diferentes variables. En el video, se sugiere que los datos de viscosidad y tasa de cizallamiento se grafiquen para determinar el tipo de fluido que se está estudiando. Esto ayuda a entender cómo la viscosidad cambia con el cizallamiento.

💡Limpieza del equipo

La limpieza del equipo es una parte esencial del proceso experimental para garantizar la precisión de las mediciones y para mantener el equipo en buen estado. En el video, se indica que después de tomar las mediciones, el equipo debe ser desmontado y limpiado cuidadosamente para su próximo uso.

Highlights

Lab 2 focuses on measuring the viscosity of a non-Newtonian fluid using a Brookfield rotational viscometer.

Fluid viscosity is defined as the internal resistance to fluid flow.

The objective is to determine the viscosity at atmospheric pressure and room temperature as a function of shear rates.

The Brookfield viscometer operates by driving a spindle through a calibrated spring, measuring the viscous drag with spring deflection.

Spring deflection is measured using a rotary transducer, with the measurement range in centipoise or milliPascal-seconds.

The selection of the spindle for the viscometer is a trial and error process, aiming for measurements between 10 and 100% on the torque scale.

Two general rules for spindle selection: viscosity range is inversely proportional to the size of the spindle and the rotational speed.

For this experiment, spindle number 18 is used.

The viscometer is turned on with an on-off switch, and the keypad directions are followed for setup.

The sample container should be filled to around 25% with the polymer solution to ensure full coverage of the spindle without overflow.

The spindle is carefully placed into the sample container and attached to the viscometer.

The viscometer displays viscosity, fluid temperature, percent torque, and RPMs.

RPMs are adjusted for different measurements, starting at 12 RPMs with a torque percentage of 41%.

The shear rate and viscosity are recorded at each RPM for plotting their relationship on a graph.

At least five readings are taken at different RPMs to establish the fluid's behavior.

If the torque percentage falls outside the 10 to 100% range, the speed is adjusted to maintain an appropriate range.

Readings must be stabilized on the viscometer before recording to ensure accuracy.

The relationship between shear stress and viscosity is determined by plotting the collected data points.

After taking readings, the viscometer is turned off, disassembled, and thoroughly cleaned.

Transcripts

welcome to lab two viscosity of non-

nutonian fluid using the Brookfield

rotational viscometer as we know fluid

viscosity is defined as the internal

resistance to fluid flow the objective

of lab 2 is to ter is to determine the

viscosity of a non- neonian fluid at

atmospheric pressure and room

temperature as a function of sheer rates

using the Brookfield program viscometer

the equipment required is this

viscometer the

spindle the sample

container the guard

leg um the polymer

solution in a

600ml beaker

the principle of operation of this

viscometer is to drive a spindle through

a calibrated spring the viscous drag of

the fluid against the spindle is

measured by the spring deflection spring

deflection is measured with with a

rotary transducer the measurement range

of the viscometer in Copo or mil Pascal

seconds is determined by the rotational

speed of the spindle the size and shape

of the spindle the container the spindle

is rotating in and the full scale torque

of the calibrated spring selecting a

spindle is a trial and a process an

appropriate selection will result in

measurements made between 10 and 100% on

the instrument torque scale these two

general rules will help in the trial and

error process first viscosity range is

inversely proportional to the size of

the spindle and second viscosity range

is invers is also inversely proportional

to the rotational

speed so for the purposes of this

experiment we're going to use spindle

number 18 it has an 18 on its stem so

the first thing that we're going to do

is turn on the varder with an onoff

switch on the back of it and we're going

to follow the directions on this keypad

so it tells us to remove the spindle we

don't have a spindle attached and then

it says press any key so I'm going to go

ahead and press a

key so now it's telling us to replace

the spindle but before we can do that we

need to fill our sample container with

20 around 25% full with our polymer

solution using this it's going to take

about three um squeezes to get to

25% be careful cuz this fluid is very

viscous and it will make a mess

we want to make sure that the container

is only around 25% full so that we have

enough fluid to completely cover the

spindle once it's in the

container and so it also doesn't

overflow when we put the spindle in the

container so now that our sample

container is around 25% full we're going

to go ahead and attach it there's a

little Groove which you want to match up

with the inside of this container so

we're going to place it

below push it up until the grooves match

together and then lock it in place so

now our sample container won't go

anywhere then we're going to take our

spindle and slowly place it in the

sample container we're going to

attach our spindle to the

viscometer tightening in a clockwise

motion okay make sure that your spindle

is fully submerged in the polymer

solution before continuing now since

we've replaced the spindle we're going

to go ahead ahead and keep following the

directions now press any

key there's four different things that

you can see from this you can see the

viscosity what it'll measure once it's

turned off

you can see the temperature of the fluid

you can see the the percent torque and

you can see the RPMs right now it's off

we're going to be adjusting the RPMs to

take our measurements so to do that we

use the up and down

arrows our first measurement will be

taken at 12

RPMs so we set speed

and turn the motor

off our percent torque says that it's at

41% which is in between our range of 10%

and

100% And it's also telling us that at

this RPM the viscosity of our fluid is

around 104

ctio we can also use the select display

key to display the sheer stress

and if you press it again it also

displays the sheare rate so at 12 RPMs

our sheare rate is

15.8 and our shared stress is

16.6 okay so now we need to take at

least five more readings with different

RPMs and to be sure to measure the shear

rate and the viscosity for each of these

readings in order to be able to PL to

plot their relationship on a graph to

change the speed we'll use the up and

down down

arrows so now we'll set it at 30 RPMs

and set the new

speed we'll take our readings from there

as well up to 60

RPMs and set the

speed record those

readings when I turn it to 100 RPM if

you can see the screen it's giving me

there's an air on the torque which means

that our torque percentage is not

between 10 and 100% anymore and what we

need to do in order to to correct this

is so lower our speed so we fall between

the ranges once again so we're going to

change the speed back down to

50 and set it so we have an appropriate

torque

range so before before recording each of

your measurements be sure that the

reading on the viscometer has stabilized

to ensure accuracy and also when you're

plotting your sheer stress versus

viscosity we need to get these points

and find this relationship to determine

what kind of fluid we actually have

here when we're finished taking our

readings then we're going to turn off

the disc discover

water undo everything and then clean it

thoroughly