Medición Experimental De La Velocidad De Sedimentación De Partículas Esféricas En Fluidos Viscoelásticos De Adelgazamiento No Confinados Y Confinados A Base De Surfactante

El objetivo general de este procedimiento es medir las velocidades de sedimentación terminal de partículas esféricas en fluidos viscoelásticos basados en tensioactivos acotados y no acotados de diversa ología. Esto se logra mediante la preparación de fluidos viscoelásticos a base de surfactantes de diferentes concentraciones para obtener una amplia gama de propiedades lógicas reales. El segundo paso consiste en medir las velocidades de sedimentación de las partículas en fluidos ilimitados en vasos de precipitados de diámetro, mucho más grandes que la partícula, en una amplia gama de propiedades radiológicas del fluido.

A continuación, se mide la velocidad de sedimentación de las partículas en presencia de paredes paralelas en una celda experimental de placa paralela hecha de plexiglás. El paso final es medir las propiedades radiológicas de los fluidos. Usando un ter, las propiedades se correlacionan con las velocidades de sedimentación de las partículas.

En última instancia, el experimento ayuda a medir las velocidades de sedimentación en fluidos tensioactivos viscoelásticos acotados e ilimitados en función de sus propiedades lógicas reales. Los datos pueden ser la base para cuantificar la influencia de la elasticidad del fluido en las velocidades de sedimentación. La demostración visual de este método es esencial para garantizar que otros laboratorios puedan reproducir lo que estamos demostrando en nuestros experimentos.

Es extremadamente importante obtener una buena precisión en estas mediciones para muchas aplicaciones prácticas, como la fracturación hidráulica, la fabricación en la industria farmacéutica, el procesamiento de semiconductores, etc. Los resultados experimentales precisos para la sedimentación de partículas y los fluidos viscoelásticos pueden formar la base para validar simulaciones numéricas que calculan el efecto de la elasticidad en el arrastre de las partículas. Como primer paso, prepare los fluidos viscoelásticos ópticamente transparentes de dos componentes que se utilizarán en este experimento.

Uno de los componentes es un tensioactivo ónico, el sulfonato de xileno de sodio. El otro componente es un tensioactivo ónico, NNN trimetilo uno Okta de cloruro de amonio. Use agua destilada para variar el surfactante, las concentraciones y abarcar una gama de viscosidades.

Comience agregando el surfactante ónico a la cantidad requerida de agua destilada. Después de mezclar, agregue el surfactante catiónico a esta mezcla y mezcle durante dos o tres minutos adicionales. Una vez preparada una mezcla, déjela reposar de dos a seis horas para que libere burbujas de aire para la medición, obtenga esferas de vidrio con diámetros que van de uno a cinco milímetros.

Utilice un microscopio de alta resolución para medir los diámetros de las esferas y asegurarse de que sean lisas y casi perfectas. Para minimizar el efecto de los muros de confinamiento en las velocidades de sedimentación de los cordones. Depositar el fluido viscoelástico en un recipiente de vidrio con un diámetro de al menos 25 veces el diámetro de las esferas a utilizar.

Registre la temperatura ambiente y la temperatura del fluido con un termómetro de laboratorio, monte un medidor a lo largo del costado del recipiente. Utilice una cámara de alta resolución montada en un trípode para registrar el movimiento de la partícula en el fluido. Sumerge suavemente una esfera de vidrio en el líquido y suéltala a medida que se asienta.

Grabe el proceso una vez que se complete la grabación. Utilice un programa de análisis de imágenes para rastrear la posición de la esfera en diferentes momentos. Traza la posición vertical de la esfera en función del tiempo.

A continuación, calcule la velocidad de asentamiento del terminal a partir de la pendiente de la línea. Repita el experimento en las mismas condiciones con la misma esfera al menos tres veces. A continuación, repita los pasos para esferas de diferentes diámetros.

Utilice los datos recopilados para trazar las velocidades de asentamiento en función del diámetro de la esfera, ya que en este ejemplo, las barras de error sugieren la variabilidad en las tres mediciones para cada esfera. Observe que la velocidad de estabilización aumenta con el parámetro de diámetro de la esfera. Para esta medición, construya una celda de plexiglás liso con paredes que sean perfectamente paralelas entre sí y puertos de acceso en la parte superior e inferior.

Esta celda tiene un espacio de ocho milímetros entre las paredes, la relación entre el espacio y la longitud horizontal debe ser pequeña. Selle uno de los puertos de acceso y llene la celda con líquido viscoelástico. Registre la temperatura ambiente y la temperatura del fluido usando un termómetro de laboratorio con la cámara de alta resolución lista para grabar, coloque la celda de lado.

Suelte suavemente una cuenta de vidrio en la celda a través del puerto y selle el puerto con un tapón de goma. Deje que la esfera se asiente y llegue al centro de la celda. Gire la celda para que quede vertical y la esfera pueda asentarse.

Coloca un medidor. Quédese a lo largo de la grabación de la esfera de movimiento con la cámara de video de alta resolución. Utilice el programa de análisis de imágenes para determinar la velocidad de estabilización como antes.

Para caracterizar el fluido, use un TER para medir su viscosidad en función de la velocidad pura. Primero, asegúrese de que la temperatura de la taza sea la misma que la temperatura medida durante el experimento. A continuación, varíe la velocidad pura de 0,1 por segundo a 800 por segundo.

Tome al menos 10 mediciones por década para el fluido y las esferas en los experimentos de sedimentación. Calcule la tasa de cizallamiento de partículas promediada en la superficie definida aquí. V es la velocidad de estabilización y DP es el diámetro de la esfera.

A continuación, defina una curva de bloqueo de potencia en la velocidad de cizallamiento para la viscosidad. Siendo K el índice de consistencia del flujo y N el índice de comportamiento del flujo. Ajuste esta curva a la gráfica de viscosidad frente a velocidad de cizallamiento para valores cercanos a la velocidad de cizallamiento calculada.

Continúe con la caracterización realizando oscilaciones dinámicas. Mediciones puras en el rango de frecuencias. De 0,1 rad por segundo a 100 rad por segundo.

Mida el módulo elástico y el módulo viscoso a un mínimo de 10 puntos por década, luego ajuste la relación entre el mod I y un modelo de Maxwell para determinar el tiempo de relajación del fluido. Comience a investigar la influencia de la elasticidad del fluido encontrando la viscosidad de sedimentación en un fluido inelástico no confinado. Para ello, utilice K y n de los estudios de caracterización, la densidad del fluido y el número de Reynolds.

Para una esfera que cae en un fluido de ley de potencia, continúe calculando la relación de velocidad definida como la velocidad de sedimentación experimental en un fluido ilimitado sobre la velocidad de sedimentación basada en la viscosidad de la ley de potencia. Usando los valores k y n, trace la relación de velocidad en función del diámetro de la esfera para diferentes fluidos. En este caso, las esferas más pequeñas experimentan una reducción de la resistencia y las esferas más grandes.

Una mejora de arrastre determina el factor de pared para una esfera de diámetro dado dividiendo la velocidad de sedimentación en presencia de paredes por la velocidad de sedimentación en el fluido no acotado. Para un diagrama de fluido dado, los factores de pared en función de la relación entre el diámetro de la esfera y el espaciado entre paredes R, como se muestra aquí. Estos datos muestran que los factores de pared disminuyen con el aumento del valor de R. Esto sugiere que los efectos de retardo de pared aumentan a medida que los diámetros de las esferas se vuelven comparables al espaciamiento de las paredes.

Observe que el factor de pared no es único a un valor de R a diferencia de los fluidos newtonianos y depende del espaciado de la pared. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que la radiología de fluidos es una función importante de la temperatura. La temperatura a la que se realiza el experimento debe registrarse con precisión y la fluidología debe medirse a la misma temperatura.

Es muy importante para el experimentador comprobar la precisión y la repetibilidad de las mediciones haciendo estos experimentos en algunos sistemas modelo, como la sedimentación de partículas en un fluido ilimitado en soluciones como el glicerol, que se conocen bien. También es importante repetir estas mediciones tres o cuatro veces para que pueda tener una idea de cuál es la repetibilidad de las mediciones y la precisión de las mediciones.