CARRERA: QUÍMICA INDUSTRIAL.

LABORATORIO DE POLÍMEROS.

PROFESORA: GUADALUPE FRANCO RODRÍGUEZ.

REPORTE #4: PROPIEDADES REOLOGÍCAS DEL ALMIDON DE MAÍZ (MAIZENA)

EQUIPO: 3

INTEGRANTES:

RAMÍREZ PULIDO ABRAHAM ENRIQUE

TOLEDO SIERRA ERENDIRA VIOLETA

VÁZQUEZ REYES NANCY LISBETH

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CUAUTILÁN.

OBJETIVO Realizar una caracterización reológica a un poliméricos naturales, Almidón de maíz

(Maizena) utilizando el viscosímetro Brookfield RVTObjetivo particular:

Caracterizar el material polimérico en función de su viscosidad y decir si el flujo es: newtoniano, no newtoniano, seudoplástico o tixotrópico.

INTRODUCCION

REOLOGÍA ES LA RAMA DE LA CIENCIA QUE SE DEDICA AL ESTUDIO DE LA DEFORMACIÓN Y EL FLUJO DE LOS MATERIALES.

Es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia. Esta, como toda una definición de la rama de la ciencia, lleva implícita una serie de preguntas fundamentales sobre el por qué, el cómo, la medida y el objeto material del fenómeno a estudiar.

Un ejemplo claro podrían ser los alimentos los cuales ingresan a nuestra boca, donde lo masticamos para obtener una pasta fluida que luego se ingiere, la cual, por estar en movimiento, genera deformación y flujo de la materia, a este tipo de reología es la que llamamos natural.

Al someter la muestra de material a este estudio de deformación y flujo de la materia se puede obtener información cualitativa y cuantitativa valiosísima. El tener esa información permite:

1. Caracterizar la materia y definir sus parámetros reológicos como viscosidad, consistencia, propiedades elásticas,

2. Diseñar equipos sofisticados de procesamiento industrial, conociendo previamente la caracterización de la materia a procesar;

3. Diseñar materiales nuevos con respuestas mecánicas muy específicas y bien definidas; entre muchas otras acciones.

REOLOGÍA DE POLÍMEROS

Esta línea de trabajo se refiere al estudio teórico y experimental de las propiedades reológicas de los polímeros, copolímeros y mezclas, como así también de polímeros lineales y entrecruzados de estructura controlada.

Recientemente se han incorporado diversas líneas de investigación que han llevado al análisis reológico de mezclas compatibles e incompatibles y su modelado. Además se están implementando técnicas ópticas para el estudio no-invasivo de las propiedades de flujo y estado de orientación de polímeros a través de la medición de propiedades ópticas tales como birrefringencia y dicroismo.

VISCOSIDAD Y FLUIDOS NO-NEWTONIANOS

La Ley formulada por Newton dice que, cuando las capas de un líquido se deslizan entre sí, la resistencia al movimiento depende del gradiente de la velocidad y del área superficial.

De este modo, se establece la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para producir un gradiente de velocidad en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad un factor que describe "la capacidad de deslizamiento de un fluido” conocida como viscosidad. Matemáticamente esto es:

, es el Esfuerzo por unidad de área o Esfuerzo de cizalla, en . , es el Gradiente de velocidad, Velocidad de deformación o Velocidad de cizalla, en

, es la Viscosidad del fluido, en Poise (p).

Los fluidos que tienen un único valor de viscosidad a temperatura y presión constante para cualquier velocidad de cizalla (independiente del tiempo), se denominan fluidos Newtonianos.

Los fluidos se pueden desviar del comportamiento Newtoniano modificando en cierto grado de complejidad la Ley de Newton, su viscosidad se suele representar por η y en ocasiones se conoce como una viscosidad aparente. La ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos No-Newtonianos es la Reología, el término fue acuñado por Bingham. Etimológicamente reología significa ciencia de los flujos,flujo, sabiduría o conocimiento. Así, la reología estudia la deformación y flujo de estos fluidos sometidos a esfuerzos externos.

Existen tres tipos de fluidos No-Newtonianos según su reacción a esfuerzos cortantes aplicados; independientes del tiempo, dependientes del tiempo y viscoelásticos.

FLUIDO NEWTONIANOUn fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos más sencillos de describir. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su velocidad de deformación es lineal. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles y sangreque son ejemplos de fluido no newtoniano.Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.

Ecuación constitutivaMatemáticamente, el rozamiento en un flujo unidimensional de un fluido newtoniano se puede representar por la relación:

Donde

 es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o sobre una superficie

sólida en contacto con el mismo, tiene unidades de tensión o presión ([Pa]).

 es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano depende sólo de la

temperatura, puede medirse en [Pa·s] o [kp·s/cm2].

 es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al plano en el que

estamos calculando la tensión

tangencial, [s−1].

FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS

La viscosidad aparente de un fluido pseudoplástico es inversamente proporcional al gradiente de velocidad (su modelo es uno de los más utilizados). Algunos fluidos manifiestan un comportamiento acorde con la ley de potencia o de Ostwald – de Waele (Roels et al., 1974)

 

Donde, K es el coeficiente de consistencia [kg/(m s)], que se considera como una viscosidad aparente cuando la velocidad de esfuerzo cortante es 1; n es el índice de flujo (o índice de comportamiento), constante adimensional que es menor que 1 para fluidos pseudoplásticos (cuando n = 1 se obtiene el modelo para un fluido Newtoniano).

TixotropíaTixotropía es la propiedad de algunos fluidos no newtonianos y pseudoplásticos que muestran un cambio de su viscosidad en el tiempo ; cuanto más se someta el fluido a esfuerzos de cizalla, más disminuye su viscosidad. Un fluido tixotrópico es un fluido que tarda un tiempo finito en alcanzar una viscosidad de equilibrio cuando hay un cambio instantáneo en el ritmo de cizalla. Sin embargo no existe una definición universal; el término a veces se aplica a los fluidos pseudoplásticos que no muestran una relación viscosidad/tiempo. Es importante tener en cuenta la diferencia entre un fluido tixotrópico y otro pseudoplástico. El primero muestra una disminución de la viscosidad a lo largo del tiempo a una velocidad de corte constante, mientras que el último muestra esta disminución al aumentar la velocidad de corte. A los fluidos que exhiben la propiedad opuesta, en la que la agitación a lo largo del tiempo provoca la solidificación, se les llama reopécticos, a veces anti-tixotrópicos, y son mucho menos comunes.

HISTERISIS

La histeresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno. Por extensión se aplica a fenómenos que no dependen sólo de las circunstancias actuales, sino también de cómo se ha llegado a esas circunstancias.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIAL.

MATERIAL EQUIPO REACTIVOS

3 vaso de precipitado 500 ml

1 balanza analítica.

Almidón de Maíz

(MAICENA)1 cronometro 1 parrilla

eléctricaAgua

destilada1 pizeta 1

viscosímetro

Brookfield

Agua destilada

1 termómetro

1 agitador de vidrio

DESARROLLO EXPERMENTAL:

1. Se prepararon con anticipación tres soluciones de biopolímeros a concentraciones diferentes

La elaboración del almidón de maíz (maicena) se hizo de la siguiente manera:

Las soluciones de maicena se hicieron con las siguientes cantidades: 50g, 65g y 80g de maicena por 500ml de agua destilada

Se pesó la masa a utilizar y se disolvioa temperatura ambiente en 500ml de agua destilada.

La solución se puso a calentar hasta llegar a la temperatura de ebullición Se mantuvo en esa temperatura durante 10 minutos. Durante los dos pasos anteriores se mantuvo la solución en agitación para evitar la

formación de grumos. Se dejó enfriar para hacer las mediciones.

.2. Se midio la viscosidad en viscosímetro Brookfield para llenar las tablas.

RESULTADOS

MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD A VELOCIDAD CONSTANTESolución T (°C) Aguja Velocidad (rpm) Torque (%) µ (Centipoise) Tiempo de Lectura (min.)

30g 24 07 100 4.1 82 1 40g 24 07 100 9.4 188 1 50g 24 07 100 11.7 234 1

DATOS DE LA VISCOSIDAD EN FUNCIÓN DEL TIEMPO PARA LA SOLUCIÓN DE 30g.Tiempo (min.) Torque (%) µ (Centipoise)

0 46.5 18601 45.9 18362 45.8 18323 46.2 18484 46.3 18525 46.6 18646 46.8 18727 47.1 1884

RESULTADOS DE LA FUERZA DE CORTE CON RESPECTO A LA VELOCIDAD DE CORTE PARA LA SOLUCIÓN DE 30g.Tiempo Velocidad (rpm) Torque (%) µ (Centipoise) T (°C)

0 0 0 0 241 0.5 18.4 73600 242 1 25.9 54800 243 1.5 29.2 38900 244 5 39.3 15720 245 10 48.2 9460 246 20 57.4 5750 247 50 68.3 2856 248 100 69.6 1394 24

SOLUCIÓN DE 30g SOLUCIÓN DE 40g SOLUCIÓN DE 50g

RESULTADOS DE LA FUERZA DE CORTE CON RESPECTO A LA VELOCIDAD DE CORTE PARA LA SOLUCIÓN DE 30g.Tiempo Velocidad (rpm) Torque (%) µ (Centipoise) T (°C)

0 0 0 0 241 0.5 17.2 68800 242 1 19.7 39400 243 2.5 27.7 22160 244 5 35.8 14320 245 10 47.2 9480 246 20 56.9 5690 247 50 73.5 2940 248 100 72.0 1440 249 100 71.0 1420 24

10 50 56.6 2264 2411 20 42.0 4200 2412 10 34.4 6880 2413 5 29.1 11640 2414 2.5 24.2 19360 2415 1 19.6 39200 2416 0.5 17.3 69200 24

ANALISIS DE RESULTADO

La pendiente de la gráfica Log (τ) vs. Log (Ni) corresponde al índice de flujo. Usando el valor de kNɣ, para este índice de flujo y la aguja particular, se estima el correspondiente valor del gradiente de velocidad (ɣi), usando la siguiente ecuación:

log (τ) log (Ni)#¡NUM! #¡NUM!

0.99640659 -0.301031.14488853 01.19697162 0.176091261.32598132 0.698971.4146358 1

1.49050066 1.301031.56600947 1.69897

1.574198 2

La aguja empleada para el experimento fue la del número 4.

RESULTADOS DE LA FUERZA DE CORTE CON RESPECTO A LA VELOCIDAD DE CORTE PARA LA SOLUCIÓN DE 30g.Tiempo Velocidad (rpm)

(Ni)Torque

(%)µ (Centipoise) T (°C) Fuerza de Corte (Pa)

(τ)Velocidad de Corte

0 0 0 0 24 0 01 0.5 18.4 73600 24 9.91762 1 25.9 54800 24 13.96013 1.5 29.2 38900 24 15.73884 5 39.3 15720 24 21.18275 10 48.2 9460 24 25.97986 20 57.4 5750 24 30.93867 50 68.3 2856 24 36.8137

0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = 3.85900076412272 x − 4.34428654790914R² = 0.9671999342761

Log (τ) VS Log (Ni)

Log (Ni)

Log

(τ)

8 100 69.6 1394 24 37.5144

RESULTADOS DE LA FUERZA DE CORTE CON RESPECTO A LA VELOCIDAD DE CORTE PARA LA SOLUCIÓN DE 30g.Tiempo Velocidad (rpm) Torque

(%)µ (Centipoise) T (°C) Fuerza de Corte (Pa) Velocidad de

Corte0 0 0 0 24 0 01 0.5 17.2 68800 24 9.27082 1 19.7 39400 24 10.61833 2.5 27.7 22160 24 14.93034 5 35.8 14320 24 19.29625 10 47.2 9480 24 25.44086 20 56.9 5690 24 30.66917 50 73.5 2940 24 39.61658 100 72.0 1440 24 38.8089 100 71.0 1420 24 38.269

10 50 56.6 2264 24 30.507411 20 42.0 4200 24 22.63812 10 34.4 6880 24 18.541613 5 29.1 11640 24 15.684914 2.5 24.2 19360 24 13.043815 1 19.6 39200 24 10.564416 0.5 17.3 69200 24 9.3247

CONCLUSIONESLa reología estudia la capacidad, el comportamiento del flujo y la deformación de fluidos. A través de la determinación de la reología se conoce las propiedades mecánicas de los gases, líquidos, plásticos, sustancias asfálticas y materiales cristalinos. Esta se ve afectada por factores tales como: la presión, la temperatura y el tiempo, los cuales cada uno cumplen una función específica en este caso a los lodos base agua la presión afecta muy poca la reología del mismo. La reología de un lado depende de la temperatura, ya que la viscosidad decrece por medio de esta, ocasionando la perdida de propiedades reológicas.Por otra parte el tiempo afecta a esta en los fluidos, ya que si se invierten el orden de las lecturas pueden alterarse los resultados.

REFERENCIAS

- Revista ION. Universidad Industrial de Santander. Centro de Estudios de Ingeniería   

            Química. Volumen 7. Bucaramanga. 1983. pag. 77 – 86.

- SHIGEHARU, Onogi. Proceedings of the fifth international congress on rheology.

            Volume 1.University of Tokyo press. Baltimore.1969.

ARTÍCULODeterminación de la viscosidad de fluidos newtonianos y no newtonianos

1.- ¿De qué trata el artículo?

Se analizó el comportamiento de dos fluidos de uso comercial con ayuda del dispositivo construido, a saber, glicerina y shampoo. A partir de las curvas de flujo y de viscosidad se determinó que la glicerina es un fluido newtoniano y que el shampoo es un fluido no newtoniano adelgazante. En el caso de la glicerina se determinó una viscosidad que presentó una diferencia del 2% con respecto al valor obtenido usando un viscosímetro comercial, lo que permitió mostrar que el viscosímetro construido proporciona resultados aceptables a nivel educativo. Además, se aplicó un modelo no lineal que describe el carácter no newtoniano del shampoo.

2.- ¿Qué tipo de artículo es?

Es del tipo teórico-experimental ya que se realizó un amplio análisis de los tipos de fluidos, se empleó un viscosímetro para determinar la diferencia entre estos fluidos y se comparó con otro viscosímetro elaborado a nivel laboratorio utilizándose como materia de trabajo 2 fluidos (shampoo y glicerina), comparando los datos experimentales arrojados por los 2 viscosímetros.

3.- ¿Cuáles son las conclusiones del artículo?

Se analizaron las diferencias entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos y se explicó como distinguirlos a partir de las curvas de flujo.

Se presentaron los detalles para la construcción de un viscosímetro de cilindros concéntricos y se obtuvieron sus expresiones de esfuerzo y rapidez de deformación.

4.- ¿Cuál es el objetivo del artículo?

Es dar una herramienta didáctica para diferenciar entre fluidos newtonianos y no newtonianos a partir de las curvas de flujo.

5.- Opinión

Este trabajo muestra la metodología para la construcción de un dispositivo que permitirá desarrollar habilidades experimentales del alumno. Además, con la caracterización viscosa de los fluidos no newtonianos, el alumno estará expuesto a una situación más compleja que le permitirá analizar el comportamiento de los fluidos y su clasificación, ampliando su panorama experimental e interesándolo en el área de la reología y la dinámica de fluidos.