Sobre el uso de la equivalencia de cilindros coaxiales para la medición de la viscosidad en geometrías rotacionales complejas no viscométricas
Autores: Parlato, Regina Miriam; Russo, Eliana R.; Läuger, Jörg; Costanzo, Salvatore; Vanzanella, Veronica; Grizzuti, Nino
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Sobre el uso de la equivalencia de cilindros coaxiales para la medición de la viscosidad en geometrías rotacionales complejas no viscométricas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Suspensiones de partículas
Reología
Geometrías de flujo complejas
Herramientas rotacionales
Curvas de viscosidad
Analogía de Couette
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La reología de las suspensiones de partículas macroscópicas es relevante en muchas aplicaciones industriales, como las suspensiones a base de cemento, fluidos de perforación sintéticos y naturales. Las mediciones reológicas para estos sistemas complejos y heterogéneos se complican por un doble efecto del tamaño de las partículas. Por un lado, la longitud característica más pequeña de la geometría de medición debe ser mayor que el tamaño de la partícula. Por otro lado, las partículas grandes son propensas a sedimentarse, lo que requiere el uso de herramientas rotacionales que puedan mantener la suspensión lo más homogénea posible. Como consecuencia, la reometría rotacional viscométrica estándar no puede ser utilizada y se deben implementar geometrías de flujo complejas. De esta manera, sin embargo, el flujo se vuelve no viscométrico, lo que requiere el desarrollo de métodos aproximados para traducir los datos en bruto de par vs. velocidad de rotación, que constituyen la salida del reómetro, en curvas de viscosidad vs. tasa de corte. En este trabajo se utiliza la metodología de analogía de Couette para establecer la equivalencia mencionada en el caso de dos geometrías comerciales complejas, a saber, una herramienta de cinta helicoidal doble y un agitador de forma cuadrada, que se recomiendan para el estudio de suspensiones de tamaño relativamente grande. La metodología se basa en el concepto de reducción de la geometría compleja a una geometría de cilindro coaxial equivalente, determinando así una correspondencia cuantitativa entre la situación no estándar y las condiciones bien conocidas similares a Couette. La analogía de Couette se ha utilizado primero para determinar las constantes de calibración de la geometría no estándar utilizando un aceite newtoniano de viscosidad conocida. Las constantes se han utilizado posteriormente para determinar las curvas de viscosidad de dos fluidos no newtonianos, de adelgazamiento por corte, a saber, una solución de polímero homogénea y dos suspensiones concentradas heterogéneas. Los resultados muestran que el procedimiento produce un buen acuerdo entre las curvas de viscosidad obtenidas por el método de reducción y las medidas por una geometría de Couette viscométrica estándar. Las constantes de calibración obtenidas en este trabajo a partir de la analogía del cilindro coaxial también se comparan con las proporcionadas por el fabricante, indicando que la calibración puede mejorar la precisión de la salida del reómetro.
Descripción
La reología de las suspensiones de partículas macroscópicas es relevante en muchas aplicaciones industriales, como las suspensiones a base de cemento, fluidos de perforación sintéticos y naturales. Las mediciones reológicas para estos sistemas complejos y heterogéneos se complican por un doble efecto del tamaño de las partículas. Por un lado, la longitud característica más pequeña de la geometría de medición debe ser mayor que el tamaño de la partícula. Por otro lado, las partículas grandes son propensas a sedimentarse, lo que requiere el uso de herramientas rotacionales que puedan mantener la suspensión lo más homogénea posible. Como consecuencia, la reometría rotacional viscométrica estándar no puede ser utilizada y se deben implementar geometrías de flujo complejas. De esta manera, sin embargo, el flujo se vuelve no viscométrico, lo que requiere el desarrollo de métodos aproximados para traducir los datos en bruto de par vs. velocidad de rotación, que constituyen la salida del reómetro, en curvas de viscosidad vs. tasa de corte. En este trabajo se utiliza la metodología de analogía de Couette para establecer la equivalencia mencionada en el caso de dos geometrías comerciales complejas, a saber, una herramienta de cinta helicoidal doble y un agitador de forma cuadrada, que se recomiendan para el estudio de suspensiones de tamaño relativamente grande. La metodología se basa en el concepto de reducción de la geometría compleja a una geometría de cilindro coaxial equivalente, determinando así una correspondencia cuantitativa entre la situación no estándar y las condiciones bien conocidas similares a Couette. La analogía de Couette se ha utilizado primero para determinar las constantes de calibración de la geometría no estándar utilizando un aceite newtoniano de viscosidad conocida. Las constantes se han utilizado posteriormente para determinar las curvas de viscosidad de dos fluidos no newtonianos, de adelgazamiento por corte, a saber, una solución de polímero homogénea y dos suspensiones concentradas heterogéneas. Los resultados muestran que el procedimiento produce un buen acuerdo entre las curvas de viscosidad obtenidas por el método de reducción y las medidas por una geometría de Couette viscométrica estándar. Las constantes de calibración obtenidas en este trabajo a partir de la analogía del cilindro coaxial también se comparan con las proporcionadas por el fabricante, indicando que la calibración puede mejorar la precisión de la salida del reómetro.