logo sustentas

logo sustentas

viernes, 28 de febrero de 2014

BIODIESEL: METÉNDONOS A MEDIR A VISCOSIDADE

A viscosidade é un parámetro que mide a resistencia que ofrecer un medio a fluir.
Na fabricación de biodiesel é importante controlalo porque os combustibles para nos motores por sistemas de inxección que se poden tupir se a viscosidade non é a axeitada. 
O aceite de partida é máis viscoso que o diesel e o biodiesel. As normas internacionais establecen valores entre 3,5 e 5 cSt para o biodiesel medido a 40ºC.
Para ver se a viscosidade do noso biodiesel entra dentro dese rango, pensamos en varias maneiras de medila.
  • Método A: Está baseado na caída dunha bola por un tubo cilíndrico nas condicións nas que se pode aplicar a fórmula de Stokes
  • Método B: Utilización dun viscosímetro profesional calibrado de Cannon-Fenske. Supoñemos que será o método que nos proporcione os mellores resultados por ser un dos recollidos nos estándares oficiais.
Empezamos polo MÉTODO DE STOKES. 
O mércores 27 Silvia e David fixeron a primeira aproximación ao tema para ver como saía. Pero antes de nada unha introducción teórica:

A caída dunha esfera no seo dun fluído introducido nun tubo cilíndrico axústase ás ecuacións deducidas por Stokes. A experiencia baséase no feito de que unha esfera ao caer vai acelerando polo efecto da gravidade pero chega un momento en que acada unha velocidade máxima e límite ao igualarse esa forza da gravidade cara abaixo coas forzas de empuxe e resistencia do fluído cara arriba. A partir dese intre cúmprese a seguinte ecuación que proporciona a viscosidade dinámica do fluído a partir da aceleración da gravidade (980 cm/s2), o diámetro da bola (en cm), as densidades da bola e do fluído e a velocidade límite acadada pola bola.
Cando as paredes do cilindro están moi preto da bola hai interferencias no cálculo da velocidade límite que se poden corrixir coa fórmula empírica de Landenburg
 Substituíndo (2) en (1) temos a expresión máis completa:


Polo tanto o que hai que facer e deixar caer unha bola de diámetro coñecido preto do eixe de tubo e medir o tempo que tarda en pasar entre dous puntos. O importante é determinar a velocidade límite de caída...demasiadas cousas para controlar a nivel de laboratorio escolar...ou non. 
Baseándonos nunha referencia que atopamos na bibliografía (de Carrera, Yuste e Sánchez, da UNED, publicada en Rev. Cub. Física, vol 24, Nº1 (2007) p30-33) decatámonos de que podiamos usar a cámara de video para grabar todo o proceso cun cronómetro en marcha que se vira en pantalla e despois ir buscando fotogramas. Para iso recortamos unha tira de papel milimetrado e pegámola a unha probeta de dimensións coñécidas (2,85 cm de diámetro interno e 3,25 cm de diámetro externo, medidos con calibre), así podemos medir distancias en pantalla segundo vai pasando o tempo. A montaxe quedou así
montaxe con cámara de vídeo para método de Stokes
E a medir...pero ¿que bola utilizamos? Cuestión algo tonta...pois non. De tonta nada, de feito é o máis complicado. Todas as bolas probadas caían a unha velocidade exagerada, eran demasiado densas para o fluido de traballo. Pero esa referencia bibliográfica deunos a pista...UNHA GOTA DE AUGA¡¡¡
Pois si. Debido á inmiscibilidade do biodiesel e da auga, esta ao caer (pola súa maior densidade) adopta forma esférica e cae a través do combustible.
Para medir o volume da gota de auga engadímola cunha pipeta de 1 mL, moi precisa. E 3 gotas gastaron 0,15 mL, polo tanto o volume de cada unha delas sitúase arredor de 0,05 mL.
De todos os xeitos temos outro camiño alternativo: detivemos un fotograma da gota caendo e ampliámolo bastante. Puidemos observar que a gota era unha esfera case perfecta (d1=d2) e que o seu diámetro era unhas 7 veces máis pequeno que o do tubo (Dt=7d). Mirade a foto do momento




Como o diámetro externo do tubo eran 3,25 cm, o da gota sería 0,464 cm, o que daría de volume (4/3pR3) de 0,052 mL CASE EXACTAMENTE IGUAL QUE O MEDIDO COA PIPETA.
Polo tanto imos asignerlle un valor de 0,05 mL a cada gota (diámetro entón de 0,457 cm)
A densidade da gota é 1 g/mL (auga pura xa que empregamos auga destilada a uns 20ºC) e a do biodiesel xa determinamos que estaba sobre 0,874 g/mL
Polo tanto só falta determinar a velocidade límite acadada pola gota no proceso de caída. Para ver o tramo onde cae con velocidade constante representamos diferentes momentos da mesma e obtemos o seguinte nunha gráfica posición-tempo


   
O axuste da recta por mínimos cadrados é bastante bo. con un coeficiente de correlación de dous  noves e no cal sae unha pendente (velocidade límite de caída) de 6,5 cm/s.

Substituíndo este valor na fórmula corrixida de Stokes obtemos un valor de 0,159 poises para a viscosidade dinámica. Ao dividila pola densidade do biodiesel a esta temperatura (0,874 g/mL) danos 0,182 stokes, ou sexa 18,2 cSt.

Na bibliografía admiten valores comprendidos entre 3,5 y 5 a 40ºC, A corresponderían valores algo máis altos, ata uns 8 cSt, pero desde logo 18,2 non. 
O que nos parece é que hai que elixir un aparello que teña maior percorrido (máis de 10 cm desde logo) para observar ben a caída da bola e detectar a velocidade límite de xeito máis preciso. Tamén haberá que intentar engadir gotas máis pequenas que experimenten menos turbulencias e caian máis lentamente.
Polo menos esta proba serviunos para ver as dificultades técnicas que implica o experimento.



No hay comentarios:

Publicar un comentario