Design an Industrial Refrigeration System A Novel Use of HYSYS
by K. Hing Pang California Polytechnic University, Pomona
Industrial refrigeration systems such as those present in an ethylene plant or an ammonia plant are designed based on the demand of refrigerant in the process. Once the duties of the heat exchangers and the temperatures of the refrigerant are specified, the refrigeration system consisting of compressors, condensers and flash drums can be designed. Process simulators such as Provision or Aspen can be used to design the refrigeration system by using feed-forward or feed-back controllers to determine required refrigerant flow rates and the resulting compressor capacities. This technique often results in many control loops, each requiring many iterations to converge. This paper is the result of a senior project (1) undertaken by a chemical engineering senior at Cal Poly, Pomona. It describes how HYSYS has been used successfully to design a refrigeration system with 4 compressors, 13 heat exchangers and 4 flash drums without resorting to numerous control and recycle loops. The intent of this paper is not to provide a rigorous comparison between simulators, but to focus on a special technique used for solving industrial refrigeration design problems. It is expected that the same technique can be applied to other utility systems.
What is an industrial refrigeration system?Pardeamiento No Enzimático Tecnología de los Alimentos
Al hablar de pardeamientos no producidos por enzimas, nos referimos básicamente a tres grupos de reacciones:
b) Caramelización
c) Oxidación del ácido ascórbico
En general, estas reacciones de oscurecimiento, además de un perjuicio organoléptico, conllevan una disminución del valor nutritivo.
a) Reacción de Maillard
Condiciones:
♦ La reacción ocurre tanto en medio acido como en alcalino, pero preferiblemente en este último
♦ La reacción sigue la ley de Arrhenius para temperaturas entre 0 y 90ºC
♦ La reacción empieza a partir de niveles de humedad del 10-12 %
Consecuencias:
♦ Aparece pardeamientos
♦ Se desarrollan aromas
♦ Se libera un poco de carbónico
♦ Disminuye la disponibilidad nutricional de aminoácidos
b) Caramelización
Se debe a la degradación de azucares, sin presencia de aminoácidos o proteínas, calentados por encima de su punto de fusión (pirolisis) formándose una serie de sustancias volátiles o no, de sabor característico y color oscuro.
Consecuencias:
♦ Cambios de color y sabor. Con una caramelización controlada los caracteres organolépticos pueden ser deseables, pero si el proceso sigue se transforma en un sabor acre a quemado que sobresale del resto del alimento
c) Oxidación del acido ascórbico
Aunque el acido ascórbico se utilice como antioxidante, él mismo se oxida, perdiendo su funcionalidad y características nutricionales. La forma más usual de oxidación es:
Condiciones:
♦ El aumento de temperatura acelera la reacción de forma no lineal
♦ Rango de pH: 2.0-3.5. Menos marcado cuanto mayor es el pH en este rango
Inhibición del pardeamientos no enzimático
- Disminución de la temperatura
- Disminución de la humedad del producto
- Control del pH
- Envasado en gases inertes
- Utilización de enzimas que eliminan uno de los reactivos (por ejemplo glucosa oxidasa)
- Sulfitos (inhibe el paso a furfural)
The Aqueous Chemistry of the Elements by George K. Schweitzer and Lester L. Pesterfield
Table of Contents
1. E–pH Diagrams
2. The Construction of E–pH Diagrams
3. Reactions and Applications
4. Precipitation and Complexation
5. The Lithium Group
6. The Beryllium Group
7. The Boron Group
8. The Carbon Group
9. The Nitrogen Group
10. The Oxygen Group
11. The Fluorine Group
12. The Scandium Group
13. The Ti Group and the 5B, 6B, 7B and 8B Heavy Elements
14. The V–Cr–Mn Group
15. The Fe–Co–Ni Group
16. The Cu Group
17. The Zn Group
18. The Actinoid Metals
Los Secretos de la Comida Rápida MM - HC
Fats and Oils Formulating and Processing for Applications
by Richard D. O’Brien
Table of Contents
1. Raw Materials
2. Fats and Oils Processing
3. Fats and Oils Analysis
4. Fats and Oils Formulation
5. Shortening Types
6. Baking Shortenings
7. Frying Shortenings
8. Dairy Analog Shortenings
9. Household Shortenings
10. Margarine
11. Liquid Oils
12. Quality Management
13. Troubleshooting
McCabe Thiele Número de Platos Teóricos de Columnas de Destilación
Para la Ingeniería Química y la química industrial, VaxaSoftware trae esta nueva aplicación de ayuda en el diseño de columnas de destilación.
- Número de cada plato en la curva
- Modificación de datos sobre la curva
- Tablas de equilibrio líquido-vapor
- Informe con detalles de cálculo
- Impresión de resultados y gráfica
- Ecuaciones de las rectas operativas
- Incluye 10 tablas de equilibrio líquido-vapor
Complejidad Irreducible Darwinismo y Diseño Inteligente
Fuente video: Matias1428
The Science of Ice Cream by Chris Clarke
A pedido de Leo.
Table of Contents
1. The Story of Ice Cream
2. Colloidal Dispersions, Freezing and Rheology
3. Ice Cream Ingredients
4. Making Ice Cream in the Factory
5. Product Assembly
6. Measuring Ice Cream
7. Ice Cream: A Complex Composite Material
8. Experiments with Ice Cream and Ice Cream Products
Process Plant Construction Estimating Standards by Richardson Engineering Services, Inc.
Table of Contents
Volume 1
1. General notes and instructions, rental equipment and mensuration
2. Site preparation, earthwork, foundation piling and site utilities
3. Concrete foundations, columns, slabs, walls, tilt-up walls, pile caps, precast tees, holow core slabs, grouting and embossing
Volume 2
4. Concrete block masonry, brick, stone, marble and acid brick
5. Structural steel, welding and metal buildings
6. Rough and finish carpentry, framing, paneling, cabinetry and trim
7. Thermal insulation, moisture protection, metal roofing and siding, roofing, flashings, roof hatches, skylights, caulking and sealants
8. Wood and steel doors and frames, overhead doors and windows
9. Finish, steel studs, lath, plaster, fireproofing, terrazo, tile, acoustical ceiling, hardwood flooring, resilient flooring, carpet, painting, protective coatings, sandblasting and wall coverings
10. Specialties, acces flooring, partitions, elevators and escalators
Volume 3
15. Air conditioning, heating, ventilating, service piping, process piping, plumbing, mechanical insulation, fire sprinklers and instrumentation
16. Electrical, lighting, motor controls, power and instrument wiring
Volume 4
100. Process equipment, conveyors, pressure vessels, pumps and motors
Factores que Afectan la Calidad de la Caña Después del Corte
por J. E. Larrahondo, Ing. Qco, Ph.D.
Los principales factores que afectan la calidad de la caña después del corte son los siguientes:
1. Altura de corte.
2. Grado de quema y tiempo entre corte y molienda.
3. Contenido de basuras o material extraño.
4. Acción de microorganismos.
Los resultados muestran una pérdida diaria de 2.7% en sacarosa, siendo ésta mayor después de 48 horas de realizada la cosecha (CENICAÑA, 1983; Larrahondo, 1983).
En el valle geográfico del río Cauca también se han realizado algunos estudios con el objeto de comparar el efecto del tamaño de los trozos obtenidos con las cosechas mecanizada y manual. En las variedades comerciales CP 57-603 y POJ 2878 se ha encontrado que los trozos —quemados o sin quemar - se deterioran más rápidamente que la caña entera. Cuando ésta se quema y después se troza, las pérdidas en azúcar recuperable pueden ascender hasta 14% a las 24 horas; igualmente, el pol (% caña) disminuye con el tiempo, especialmente en la variedad CP 57-603, la cual una vez se quema y se troza presenta una pérdida de 10% en sacarosa durante las primeras 24 horas.
Estas disminuciones en los niveles de sacarosa están acompañadas por incrementos en los azúcares reductores y descensos en el pH de los jugos, tanto en cañas trozadas y quemadas como en aquellas trozadas pero sin quemar, mientras que en los correspondientes jugos de cañas enteras, los cambios en el pH han sido menores (Larrahondo, 1983).
El porcentaje (en peso) de materia extraña es otro indicador de la calidad después del corte. La materia extraña está formada por suelo, hojas, cogollos y chulquines, que afectan las actividades siguientes:
1. La liquidación a los proveedores.
2. El costo de la cosecha y el transporte.
3. La eficiencia de la fábrica, ya que causa incrementos en el bagazo, la fibra y la cachaza, ocasionando disminuciones en la extracción y en la recuperación final de azúcar.
4. El mantenimiento de los equipos utilizados en el proceso fabril y en la movilización de la caña.
En el Ingenio Riopaila (Valle del Cauca) se encontró que las hojas y los cogollos son los materiales extraños más frecuentes (Cuadro 4) y representan, en promedio, 37.7% y el 27.4% del porcentaje total de materia extraña por tonelada de caña (7.48%).
No obstante, el régimen de lluvias puede influir en los contenidos de materiales extraños, ya que se espera una mayor cantidad de suelo adherido en la caña durante la época de lluvias o de mayor precipitación. En el Ingenio Riopaila, se encontró que por cada unidad (en porcentaje) de materia extraña presente, el rendimiento se redujo en 0.14%. En estudios de laboratorio, utilizando adiciones de materia extraña formada por hojas (20% a 40%), cogollos (45% a 50%), suelo (10% a 15%) y chulquines (5%) se encontró, igualmente, que la presencia de 1% de materia extraña (en peso) causa descensos entre 0.13% y 0.17% en el pol (% caña), y entre 0.16 y 0.21 unidades en el azúcar recuperable.
Además de las pérdidas en sacarosa, la adición de 1% de materia extraña ocasionó un aumento entre 0.2% y 0.3% en la fibra (% caña).En los estudios sobre la altura óptima de corte, en caña se ha encontrado que al avanzar el período vegetativo la planta alcanza su maduración cerca al punto natural de quiebre; en algunas variedades comerciales como CP 57-603, el mejor punto de corte está alrededor de los entrenudos 3 y 4, numerados de arriba hacia abajo desde dicho punto (CENICAÑA, 1983). Por lo tanto, si se desea alcanzar la máxima calidad y el mayor rendimiento, el material que se desecha en el campo al momento del corte debe medir entre 55 y 70 cm, ya que el promedio de la longitud de un entrenudo es de 10 cm y la longitud de los cogollos varía entre 25 y 30 cm.
Por otra parte, en experimentos con maduradores químicos a base de glifosato (Roundup) que aumentan el contenido de sacarosa en los entrenudos superiores, se encontró que cuando se aplican en dosis de 1.0 a 1.5 lt/ha, el corte se puede realizar a nivel del punto natural de quiebre, con lo cual sólo se elimina en el campo un trozo (cogollo) de 25 a 30 cm. Esto ayuda a compensar la pérdida de caña (en peso), causada por el empleo de maduradores químicos (CENICAÑA, 1983).
El material extraño, especialmente aquél constituido por cogollos, tiene una alta incidencia en los niveles de color y de impurezas como polisacáridos solubles, fenoles y amino-nitrógenos (Cuadros 5 y 6). Estos constituyentes químicos afectan el proceso de cristalización y la calidad final del azúcar en relación con su color.El cogollo de la caña de azúcar contribuye también al aumento de los niveles de color, encontrándose, en ocasiones, cinco a ocho veces más precursores de color, como fenoles, en esta parte de la planta que en la caña limpia.
Adicionalmente, es posible encontrar en ellos incrementos hasta de 60% en el nivel de polisacáridos solubles lo que afecta, principalmente, la evaporación y la cristalización del azúcar comercial. Lo anterior enfatiza la importancia de la altura de corte adecuada y la remoción de la materia extraña, especialmente cogollos, con la finalidad de proporcionar a las fábricas caña de mejor calidad.Los agentes microbiológicos, en especial las bacterias como Leuconostoc mesenteroides y L. dextranicum, también afectan la calidad después del corte.
Estas bacterias dan origen a polisacáridos como las dextranas utilizando la sacarosa como materia prima (Figura 7), y contribuyen así, a la pérdida de esta última. Las dextranas son polisacáridos constituidos por unidades de glucosa unidas en forma de cadena recta mediante enlaces a -1.6. Al menos entre 50% y 60% de las uniones deben ser a -1.6 para que el polímero se defina como dextrana, existiendo un amplio rango de pesos moleculares entre ellos, ya que oscilan desde unos miles hasta varios millones de unidades de peso molecular.
Las dextranas pueden presentar diferentes ramificaciones en su cadena molecular, dependiendo
de la clase de bacteria que las produzca, lo cual causa diferencias estructurales en el polímero.Además de las pérdidas de sacarosa a consecuencia de la formación de dextranas, estos polímeros incrementan la viscosidad de los jugos, creando problemas en los evaporadores y tachos. Adicionalmente, las dextranas causan elongación de los cristales de azúcar a lo largo del eje ‘‘C’’, lo cual se denomina técnicamente como cristal aguja, incrementando las pérdidas de sacarosa en forma de mieles y aguas de lavado. Las dextranas tienen además la particularidad de elevar los valores del pol, debido a su poder altamente dextro-rotatorio.
La síntesis de las dextranas ocurre a partir de la sacarosa (Figura 7), mediante la acción de la enzima dextransucrasa. En cada molécula de azúcar que se consume se utiliza solamente la fracción de glucosa en la síntesis de la dextrana, permaneciendo como subproducto la fructosa, la cual se descompone en ácidos orgánicos y otros productos coloreados que inducen un descenso del pH; lo anterior ocasiona un aumento en la tasa de inversión de la sacarosa por catálisis ácida y contribuye, en consecuencia, al incremento de las pérdidas adicionales de azúcar comercial. Los principales subproductos originados durante la acción microbiológica de Leuconostoc y de otros microorganismos como las levaduras (Saccharomyces)
después del corte de la caña, son los ácidos acético, láctico y butírico, el manitol y el etanol, los cuales ayudan, aún más, al descenso del pH de los jugos y a la síntesis de materiales coloreados.Las investigaciones de Egan y Rehbein (1963) en Australia demostraron que las poblaciones de Leuconostoc se elevan rápidamente cuando la caña se quema y se troza durante la cosecha mecanizada, produciéndose altos niveles de dextranas (Honig, 1960).
Por último, se ha observado que la quema excesiva, aunque facilita la cosecha, también remueve la cubierta serosa de los tallos, causando aberturas o fisuras por donde aparecen exudaciones ricas en azúcares, que son un buen medio de cultivo para Leuconostoc y otros microorganismos.
Ing. Químico, Ph. D., Jefe del Programa de Fábrica de CENICAÑA
Natural Wastewater Treatment Systems by Ronald W. Crites, Joe Middlebrooks and Sherwood C. Reed
Table of Contents
Chapter 1
Natural Waste Treatment Systems: An Overview
Chapter 2
Planning, Feasibility Assessment, and Site Selection
Chapter 3
Basic Process Responses and Interactions
Chapter 4
Design of Wastewater Pond Systems
Chapter 5
Pond Modifications for Polishing Effluents
Chapter 6
Free Water Surface Constructed Wetlands
Chapter 7
Subsurface and Vertical Flow Constructed Wetlands
Chapter 8
Land Treatment Systems
Chapter 9
Sludge Management and Treatment
Chapter 10
On-Site Wastewater Systems
Appendices
Appendix 1. Metric Conversion Factors (SI to U.S. Customary Units)
Appendix 2. Conversion Factors for Commonly Used Design Parameters
Appendix 3. Physical Properties of Water
Appendix 4. Dissolved Oxygen Solubility in Freshwater
Solvent Selection Methodology Department Editor: Rita L. D’Aquino
Chemical Engineering®
Organic solvents have been used in many industries for centuries, but the methods and tools to select optimal solvents while minimizing their adverse environmental, health, safety and operational concerns are still evolving. The appropriate selection of solvents depends to a large extent on the application, more specifically on what needs to be dissolved, and under what conditions. This article presents a four-step approach to solvent selection based upon Ref. 1* , where the reader will find a list of additional resources on this topic.
Identify the challenge and solvent characteristicsThe first two steps are:
1) identifying the actual problem and technology or unit operation required to solve it; and
2) defining the requirements that must be met by the solvent, using criteria related to its physical and chemical properties (e.g., pure-solvent properties, such as normal boiling point, the Hildebrand solubility parameter at 300 K, the Hansen solubility parameters; solventsolute properties, such as the solubility of the solute as a function of the composition of the mixture; and functional constraints, such as solute loss in solute).
There are several alternatives for this third step. For example, one can measure the required properties, use a database of properties of chemicals (or solvents), or, use property models to estimate them. For solvent-selection problems not involving chemical reactions, the pattern of the desired solvent is established through analysis of the solute, application type, and other constraints.
Once this is established, a database of known solvents can be used to identify the solvents that match the necessary pattern (Table 1). On the other hand, when chemical reactions are
involved, the approach is based on transition-state theory and requires consideration of the solvation energies of the reactants, products and transition states, and thus, knowledge of the reaction mechanism.
When the crucial values have been found, the solvent search
could be such that first, solvent-pure properties are used, followed by solvent-EHS, then solvent-solute, and finally solvent-function.
Narrow down the list by removing the compounds that do not match desired properties. A protocol derived by Britest Ltd. (www.britest.co.uk) seeks to use mechanistic principles to guide solvent selection (Figure). The objective is to follow the arrows according to the problem definition and a search criterion until an end-point is reached, thereby obtaining the characteristics of the candidate solvents. These characteristics are used to identify the group to which the solvents belong using solvents database (see Table 2). The corresponding
group-types are evaluated and a final selection is made.
Verify selection
The fourth step is to verify that the solvent works as expected by performing a computational validation by simulation. Experimental validation of a solvent candidate is required at all stages of process development.
Administración de Empresas y Organización de la Producción
por Profesores José Moyano Fuentes y Sebastián Bruque Cámara
Tabla de Contenidos
Tema 1
La empresa como realidad
Tema 2
Empresa, empresario y entorno empresarial
Tema 3
Los objetivos en la empresa
Tema 4
La estrategia empresarial
Tema 5
Introducción a la dirección de empresas
Tema 6
Planificación y control en la empresa
Tema 7
Organización
Tema 8
El sistema de producción
Tema 9
Los costes en la empresa
Tema 10
Diseño del sistema productivo
Tema 11
Programación económica de la producción: la programación lineal
Tema 12
Programación y control de la producción
Tema 13
Gestión de inventarios
Tema 14
Gestión y control de calidad
Tema 15
Administración financiera (i): las decisiones de inversión
Tema 16
Administración financiera (ii): las decisiones de financiación
Tabla de Correción de Brix para Determinación de Sólidos Solubles contenidos en Muestras
Esta tabla permite hacerlo rápidamente.
En la tabla se aprecian dos zonas que agrupan valores que pueden sumarse o restarse dependiendo de si la temperatura de la solución es mayor o menor que 20ºC.
Chemical Process Equipment Selection and Design
by R. Couper, W. Penney, R. Fair and Stanley M. Walas
Table of Contents
1. Introduction
2. Flowsheets
3. Process Control
4. Drivers for Moving Equipment
5. Transfer of Solids
6. Flow of Fluids
7. Fluid Transport Equipment
8. Heat Transfer and Heat Exchangers
9. Dryers and Cooling Towers
10. Mixing and Agitation
11. Solid-Liquid Separation
12. Disintegration, Agglomeration and Size Separation fo Particulate Solids
13. Distillation and Gas Absorption
14. Extraction and Leaching
15. Adsorption and Ion Exchange
16. Crystallization from Solutions and Melts
17. Chemical Reactors
18. Process Vessels
19. Membrane Separations
20. Gas-Solid Separations
21. Costs of Individual Equipment
Instalación de un Economizador en una Caldera parte 4 - Análisis de Rentabilidad
por Arnulfo O. Behn - Consultor Procesos Térmicos
Para instalar un economizador en una caldera, ésta deberá contar con un sistema de alimentación continuo o modulante de agua, con lo cual se asegurará un flujo de agua permanente a través del economizador.
En la figura N°1 se muestra un esquema típico para la instalación de economizadores en calderas y el la figura N°2 se muestra una fotografía de un economizador fabricado por ECO INC.
Las calderas “paquete” son las que se encuentran con mayor frecuencia en la industria nacional. En ellas, el costo de un economizador es bastante bajo y su instalación sumamente sencilla, ya que se trata de un equipo de forma cilíndrica y diseñado para instalarse directamente en la chimenea; siendo incorporado a la línea de alimentación de agua de la caldera, entre la descarga de las bombas y la entrada a la caldera.
Análisis de Rentabilidad
A continuación se presenta un ejemplo con el análisis de rentabilidad del proyecto de instalación de un economizador en una caldera de 10 ton/h que opera con gas natural y posee una temperatura de salida de gases de 290º C.
♦ Se considerará para el gas natural un precio de 0,12 US$/Nm3 y una temperatura de los productos de la combustión a la salida del economizador de 140º C.
♦ Para efectos del análisis, la caldera operará durante 24 horas del día y durante los 30 días del mes a un 85% de su capacidad nominal.
♦ El consumo mensual de gas natural será de aproximadamente 495.000 Nm3 y el gasto en combustible será de US$ 59,400.
♦ La instalación de un economizador que permita reducir la temperatura de los productos de la combustión desde 290 a 140º C, traerá consigo un ahorro mensual de combustible del 6% (US$ 3,564.00).
♦ El precio de un economizador para esta aplicación será de aproximadamente US$ 16,000 y la instalación debiera considerar otros US$ 4,000, con lo que la inversión es recuperada en menos de un año.
Ver también: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Ref: Arnulfo Oelker Behn - THERMAL ENGINEERING LTDA. Providencia 2133, Of. 207, Santiago, Chile Fono: 56 – 2 – 3347402
Industrial Design by Günter Kupetz
Everyone makes their own decision. The particular task of the designer is to anticipate the decisions which others will make in the future as if they were his own.
Batch Column Configurations for Extractive Distillation by Haydn I. Furlonge
Studies reported in the literature have shown that cyclic operation can be better than conventional operating policies. It was also demonstrated that the number of cycles, lengths of the total reflux periods and maximum reflux drum holdup are important decision variables which affect the performance of the operation. However, only simplified models have been used in simulation and optimisation. The use of more detailed models, which capture column dynamics more accurately, is required to verify the results obtained so far. Possible future research may also:
◘ apply the cyclic policy to the middle vessel and multivessel column configurations;
Aliens Into The Universe with Stephen Hawking - Discovery Channel
Tolley's Industrial and Comercial Gas Installation Practice Volume 3
Edited by Frank Saxon
Table of Contents
1. Large Installations
2. Industrial and Commercial Gas Meters
3. Industrial Processes and Plant
4. Industrial Gas Burner Systems and their Control
5. Flame Protection Systems
6. Commercial Catering
7. Incinerators
8. Steam Boilers
9. Overhead Heating
10. Combined Heat and Power
11. Air Conditioning
12. Large-scale Heating and Hot Water Systems
13. Natural Gas and the Environment
Viscosímetros rotacionales Textura y Reología
por Dra. Mª Jesús Hernández Lucas ©
El primer viscosímetro de este tipo fue desarrollado por Couette en 1890. Se trataba de un viscosímetro de cilindros coaxiales. Consistía en un vaso rotatorio con un cilindro interior sostenido por un alambre de torsión que descansaba en un cojinete en el fondo del recipiente.
Así pues, las magnitudes mensurables, o controlables, son la velocidad de rotación y el momento. Pero ya sabéis que para obtener la viscosidad, que es al fin y al cabo lo que interesa en un viscosímetro, debemos conocer la velocidad de cizalla y el esfuerzo de cizalla. Ambas deben calcularse a partir de las primeras. Los cálculos son complicados, pero en los casos más sencillos se reducen a una simple constante de proporcionalidad, que generalmente viene incorporada en la electrónica del viscosímetro. Es importante que tengáis el cuadro siguiente siempre en mente para poder entender cuestiones prácticas relacionadas con la medida.El viscosímetro suele tener unas velocidades de rotación determinadas y un intervalo posible de momentos de torsión según el tipo de muelle que contiene.
Estos datos se dan en las especificaciones técnicas y deben conocerse para poder utilizar el aparato correctamente. Si miráis el cuadro anterior veréis que el intervalo de velocidades de cizalla y de esfuerzos, y por tanto, de viscosidades que se pueda medir dependerá de estos intervalos y de los valores de esas constantes de transformación. Y aquí está el quid de la cuestión: ¿de qué dependen esas constantes?
La velocidad de cizalla se obtendrá tras conocer cómo varía la velocidad de giro con la distancia radial. A partir del momento medido, podremos conocer la fuerza tangencial aplicada sobre la superficie y conociendo la superficie, el esfuerzo de cizalla. En este proceso, ¿qué os parece que debe influir? Evidentemente os vendrán a la cabeza palabras como radio o superficie del cilindro y por tanto longitud. Pues sí, resulta que esas constantes no dependen de las características técnicas del aparato, sino de cuestiones de geometría de los cilindros donde se mida.
Además de cilindros, también pueden utilizarse otros elementos sensores con distintas geometrías. Las más comunes son dos discos (o platos) paralelos o un disco (plato) y un cono. En estos casos, la muestra de fluido es arrastrada al girar uno de los platos o el cono:
Los viscosímetros rotatorios actuales disponen de sensores intercambiables de estos tres tipos y de diferentes dimensiones, para poder cubrir un amplio intervalo de medida. En estos casos, el valor de las constantes que relacionan estas magnitudes se puede calcular exactamente (ver figura siguiente).En los cilindros coaxiales y en los platos paralelos, el esfuerzo de cizalla y la velocidad de cizalla no son constantes en toda la muestra, sino que dependen de la distancia radial. Se elige, pues, un mismo punto para calcularlos (y por tanto las constantes K’ y K’’): la superficie del cilindro interno en el primer caso y el borde del disco en el segundo. Por otra parte, esto afecta al hecho de que las ecuaciones que permiten obtener esas magnitudes sólo tienen solución fácil cuando la viscosidad es constante, de manera que las constantes anteriores sólo darían valores estrictamente válidos en el caso de medir fluidos newtonianos.
Las correcciones necesarias para obtener los valores exactos implicarían tener en cuenta la forma en que varía la viscosidad con la velocidad de cizalla en el fluido, lo cual es desconocido a priori y será diferente para cada fluido en concreto.Así pues, los viscosímetros comerciales calculan viscosidades aparentes. Se calcula la viscosidad en cada punto como si se tratara de un fluido newtoniano, pero esta viscosidad será diferente para cada par de valores velocidad de cizalla-esfuerzo de cizalla si el fluido es no newtoniano.
Solamente en el caso del cono-plato, tanto la velocidad de cizalla como el esfuerzo de cizalla son constantes y uniformes en toda la muestra11, por lo tanto las fórmulas son válidas tanto para fluidos newtonianos como no newtonianos. Esta geometría es la única que permite medir directamente viscosidades absolutas y no necesita correcciones. No es necesario recordar las fórmulas, por supuesto, pero vamos a analizarlas un poco para obtener algunas conclusiones prácticas muy útiles a la hora de elegir el elemento sensor.
Si conocemos los intervalos de operación del viscosímetro en cuanto a velocidad de rotación y momento de torsión, podemos determinar los intervalos de viscosidad que pueden medirse con cada elemento sensor, calculando las constantes con los valores de las dimensiones de éste. Esto es importante, porque os permitirá decidir cuál es el sensor más adecuado para vuestra muestra, e incluso qué tipo de viscosímetro, ya que quizá necesitéis un intervalo diferente de par de torsión.
En general, junto con el viscosímetro os adjuntarán (siempre que paguéis, ¡claro!) una serie de cilindros de diferentes radios, platos de diferentes diámetros y conos de diferentes radios y distintos ángulos. ¿Qué debéis recordar?
◘ Cilindros: mayor radio implica esfuerzos de cizalla menores para el mismo momento, con lo cual, podemos medir viscosidades menores.
◘ Conos y platos: igualmente, mayor radio implica poder medir viscosidades menores. En cuanto a la velocidad de cizalla, para el mismo intervalo de velocidades de rotación posible, podemos obtener velocidades de cizalla más bajas aumentando la distancia entre platos (la estándar es de 1 mm) o aumentando el ángulo en el caso del cono (siempre ángulos pequeños, de 2 a 6º).
Este tipo de instrumentos puede ser de dos clases, según la forma de inducir el flujo: de velocidad de cizalla controlada ("controlled shear rate", CSR, o simplemente CR) y de esfuerzo de cizalla controlado ("controlled shear stress", CSS, o simplemente CS). En los primeros, el elemento rotatorio gira a una determinada velocidad y se mide el momento resultante, mientras que en los segundos se aplica un par deformador y se mide la velocidad de rotación resultante. Los instrumentos CS permiten medir velocidades de cizalla mucho más pequeñas (hasta el punto de que la rotación no se aprecia a simple vista) y por tanto permiten determinar la región newtoniana inferior en la curva de flujo (ver figura a continuación).Para poder realizar esto, suelen tener cojinetes de aire y, por tanto, necesitan un compresor12.
Los viscosímetros rotacionales permiten variar fácilmente la velocidad de cizalla aplicada a la misma muestra, con lo que resulta sencillo construir una curva de flujo.
Además, se pueden realizar medidas continuas a una velocidad de cizalla dada; o se puede mantener un esfuerzo de cizalla durante largos periodos de tiempo, con lo cual se puede determinar la dependencia temporal de la viscosidad (u obtener otros parámetros relacionados con la respuesta viscoelástica).
Ver también: I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | XIII