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Tp rheologie mdf

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tp de rheologie simplifié

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Tp rheologie mdf

  1. 1. Université Mohamed V - Agdal Ecole Normal Supérieur Rabat Année universitaire : 2014-2015 Master Spécialisé : Formulation en Chimie, Parachimie & Qualité TRAVAUX PRATIQUES Mesure de la viscosité par la méthode de chute de bille Mesure de la viscosité par la méthode de poiseuille Influence de la température sur la viscosité Influence de la concentration sur la viscosité Encadrée par :  Mme. Saliha ALHEYEN Réalisé par :  AIT ELHAJ Abdelmajid  BIDAOUI Aymen  ELQAYED Zakaria  RABIA Otman
  2. 2. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN Mesuredelaviscositéparlaméthode de chute de bille La viscosité représente la résistance qu’oppose un liquide au déplacement de l’une de ses couches par rapport aux autres. Elle est représentée par deux coefficients :  Une viscosité dite dynamique « η » qui représente la rigidité d’un liquide à une vitesse de déformation en cisaillement et s’exprime en Pa.s dans le système d’unité internationale (S.I).  Une viscosité dite cinématique « μ » qui représente le temps d’écoulement d’un liquide et s’exprime en m2 /s dans le système d’unité internationale (S.I). Une bille de rayon r se tombe dans un fluide. Les forces qui agissent sont : o le poids P de la bille : P = m. g = ρ bille. V bille. g o la poussée d’Archimède : FA = ρ fluide. V bille. g o la force de frottement visqueuse Ff = 6π. r. η. v Avec : ρ bille : masse volumique de bille V bille : volume de bille. g: l'accélération terrestre r: rayon de bille. η: viscosité du fluide. v : vitesse de bille. m: mass de la bille. L’expression de la viscosité : Cette loi dite de Stokes est valable pour des grands récipients. Concernant les petits récipients cylindriques de rayon R, la formule précédente s’écrira de la manière suivante : v rg Lb 2 exp . )( 9 2  
  3. 3. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN Ou : Mode opératoire : Cette méthode consiste à faire tomber une bille en acier de rayon « r » sans vitesse initiale dans un liquide placé dans une éprouvette de rayon R (r << R). Nous supposons que la vitesse de la bille reste constante entre les deux repères A et B précédemment définis : AB= 70 cm. Au moyen d’un chronomètre qui permet de calculer le temps de passage de la bille entre les deux repères et connaissant la distance entre ces deux derniers, il est possible de calculer la vitesse de la bille et déterminer les coefficients de viscosité en appliquant l’équation de l’expression de la viscosité trouvée. Mesures à faire : Détermination de la masse volumique des billes : Mesure Résultat la distance AB du tube (cm) 70 La masse volumique du fluide (g/cm3) 1,2536 le diamètre d de la bille (mm) d1 4,76 d2 5,55 d3 6,34 la masse m de la bille (g) m1 0,4464 m2 0,7013 m3 1,0472 le volume Vbille (cm3) V1 5,64 x 10-5 V2 8,94 x 10-5 V3 13,33 x 10-5
  4. 4. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN La masse volumique des billes (g/cm3) M1 7,91 x 103 M2 7,84 x 103 M3 7,85 x 103 Détermination de la masse volumique de la solution : On calcule la viscosité η pour les 3 tests et on déduit la valeur moyenne : η1 η2 η3 1,532 1,451 1,441 Viscosité η moyenne = 1,474 On donne g = 9.82 m/s² N° Temps de chute (s) Temps (s) (la moyenne) Vitesse (cm/s) 1 109,69 108,51 109,1 6,416 x 10-3 2 77,88 76,50 77,19 9,078 x 10-3 3 58,38 58,91 58,645 11,936 x 10-3
  5. 5. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN
  6. 6. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN Détermination de la viscosité par la méthode de Poiseuille Objectif : L’intérêt de cette manipulation est de déterminer la viscosité de certains produits comme :  Eau  Huile  Huile d’olive  Lait Pour faire ceci, on va utiliser la méthode de Poiseuille qui consiste à mesurer le temps d’écoulement d’un volume de 25ml. Manipulation :  Détermination de la masse volumique de chaque liquide à l’aide des pycnomètres de 50ml.  Remplissage d’une burette de 25 ml avec le liquide à étudié.  Détermination du temps nécessaire pour que le liquide travers la burette.  Faire trois essais pour chaque liquide. Eau Huile Huile d’olive Lait Fiole vide(g) 20,5958 16,5824 21,0706 21,3160 Fiole pleine(g) 45, 3622 39,5953 43,9999 47,2479 Masse(g) 24,7664 23,0129 22,9293 25,9319 Masse volumique (g/cm3) 0,9970 0,9205 0,9171 1,0372 Résultats :
  7. 7. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN 1) L’expression de la viscosité en fonction du temps d’écoulement est : 2) L’expression de la viscosité en fonction de la viscosité de l’eau est 3) Avec ƿ=ƿ0 on obtient donc Liquide Temps d’écoulement(s) Moyenne Viscosité (m2/s) Eau Essai1 44,97 44,8 4,3Essai2 44,63 Essai3 44,80 Huile Essai1 230,59 230,26 20,4 Essai2 229,98 Essai3 230,21 Huile d’olive Essai1 298,66 298,29 26,3Essai2 298,22 Essai3 297,98 Lait Essai1 46,41 46, 31 4,6Essai2 45,60 Essai3 46,91 ƞ = (πR4 g/8V)ƿt=kƿt Ƞspc= (ƞ/ƞsolvant)-1 Ƞspc= (t/tsolvant)-1
  8. 8. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN INFLUENCE DE LA TEMPERATURE SUR LA VISCOSITE Objectif : Le but de cette manipulation est de déterminer l’influence de la température sur la viscosité de glycérol, de miel et de détergent. Les viscosités vont être déterminées par la méthode de chute de billes en mesurant les vitesses limites de chute de billes dans les éprouvettes contenant les liquides étudiés. Notions théoriques : Une bille de rayon r se tombe dans un fluide. Les forces qui agissent sont : - le poids P de la bille : P = m. g = ρbille. Vbille. g - la poussée d’Archimède :FA = ρfluide. Vbille. g - la force de frottement visqueuse Ff = 6π. r. η. v Avec : ρbille :masse volumique de bille Vbille : volume de bille. g: l'accélération terrestre r: rayon de bille. η: viscosité du fluide. v : vitesse de bille. m: mass de la bille. L’expression de la viscosité : Manipulation :  Détermination de la masse volumique des liquides étudiés et de bille utilisée.  Modifier la température de chaque liquide à l’aide de bain thermostat.  Détermination de la distance parcourue par la bille. Bille glycérol Miel Détergent 2,3873 g/cm3 1,2536 g/cm3 1,4116 g/cm3 1,0424 g/cm3 v rg Lb 2 exp . )( 9 2  
  9. 9. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN Résultats : Glycérol (distance=7,3 cm ; masse volumique=1,2536 g/cm3) Température(k) Temps (s) Vitesse (m/s) Viscosité (m2/s) 295 3,51 0,0208 1,8846 308 2,81 0,026 1,5077 318 1,91 0,038 1,0316 323 1,44 0,0507 0,7732 On illustre les variations du temps et de viscosité en fonction de la température, dans les graphes ci-dessous : t=f(T) et u=f(T) Miel (distance=8,7 cm ; masse volumique=1,4116g/cm3) Températures (K) Temps (s) Vitesse (m/s) Viscosité (m2/s) 295 46,95 0,0019 1,8186 308 36,22 0,0024 1,403 318 20 0,0044 0,7747 323 18,29 0,0048 0,7085 On illustre les variations du temps et de viscosité en fonction de la température, dans les graphes ci-dessous : t=f(T) et u=f(T) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 280 300 320 340 Temps Tempèrature 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 290 300 310 320 330 Viscosité Tempèrature
  10. 10. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN Détergent (distance=12,1 cm ; masse volumique=1,0424g/cm3) Températures (K) Temps (s) Vitesse (m/s) Viscosité (m2/s) 295 29,81 0,0041 11,45591 308 20,85 0,0058 8,012603 318 10 0,0121 3,842975 323 6,35 0,0191 2,440289 On illustre les variations du temps et de viscosité en fonction de la température, dans les graphes ci-dessous : t=f(T) et u=f(T) Conclusion : D’après les courbes obtenues pour chaque liquide on peut conclure que la viscosité est inversement proportionnelle à la température. Donc la loi de Guzman Andrade de type exponentiel ƞ =A.exp(B/T) est vérifiée. 0 10 20 30 40 50 290 300 310 320 330 Temps Tempèrature 0 0.5 1 1.5 2 290 300 310 320 330 Viscosité Tempèrature 0 5 10 15 20 25 30 35 290 300 310 320 330 Temps Tempèrature 0 2 4 6 8 10 12 14 290 300 310 320 330 Viscosité Tempèrature
  11. 11. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN Variationdela viscositéenfonction de la concentration Objectif : Dans cette manipulation on se propose d’étudier la variation de la viscosité en fonction de la concentration du sucre. On prépare cinq solutions de sucre de concentrations différentes et la viscosité de chaque solution est déterminée par la méthode de poiseuille qui consiste à mesurer le temps d’écoulement d’un volume déterminé de solution. Manipulation :  Préparation de 100 ml des solutions suivantes : o Solution1 :5% en masse de sucre. o Solution2 :10% en masse de sucre o Solution3 :20% en masse de sucre. o Solution4 :40% en masse de sucre. o Solution5 :50% en masse de sucre.  Détermination des masses volumiques des solutions préparées.  Mesurer le temps d’écoulement de 25ml de chaque solution par la mesure de temps de vidange d’une burette de 25ml. Trois essais pour chaque solution. Les résultats : La masse volumique ρS d’une solution se calcule par la relation ci-dessous : La concentrationmassiqued’une solutionse calcule parlarelation ci-dessous :
  12. 12. FCPQ – M1 Travaux pratiques du module « Rhéologie et MDF » ENS – RABAT Mme.SalihaALHEYEN N° de la solution 0 1 2 3 4 5 Masse de sucre à dissoudre (g) 0 5 10 20 40 50 Volume de la solution (ml) 100 100 100 100 100 100 Concentration massique en sucre recherchée (g/l) 0 50 100 200 400 500 Masse volumique (g/ml) 1,00 1,01 1,033 1,073 1,144 1,179 On remplit nos mesures dans le tableau ci-dessous : Les solutions Temps d’écoulement(s) Moyenne Viscosité (m2/s) Solution1 (0%de sucre) 42, 32 42,17 4,0641,99 42,21 Solution2 (5% de sucre) 42,60 42,50 4,1342,01 42,90 Solution3 (10% de sucre) 44,87 44,33 4,4043,96 44,16 Solution4 (20%) 45,76 4,72 45,30 45,87 46,10 Solution5 (40%) 50,44 50,86 5,6051,32 50,83 Solution6 (50%) 60,02 59,73 6,7659,67 59,54 On trace la courbe qui représente la viscosité en fonction de la concentration de sucre : D’après le tableau on voit qu’on a une similarité entre ces valeurs et celle de Handbook La viscosité est proportionnelle à la concentration. 0 2 4 6 8 0 200 400 600 Viscosité Concentration 0 50 100 0 20 40 60 80 ƞ(mPi)

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