Electronic System for a Coaxial Cylinder-Based Viscometer

Sistema electrónico para un viscosímetro basado en cilindro coaxial

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Resumen (en)

Viscosity is the resistance that fluids have to move in conduction media and is a parameter of great importance for their study. In addition, in the industry, viscosity is a control parameter that allows evaluating the production processes of petrochemicals or food, among others. In this sense, viscosity is determined experimentally by means of equipment called viscometers. There are different types of viscometers, among which the following stand out: cup, U-tube and rotational. In this work we report an electronic circuit for a concentric cylinder rotational viscometer focused on laboratory practices in fluid mechanics at the bachelor's level. The circuit is developed on the basis of an ESP32 microcontroller and incorporates modern electronic devices such as: a touch graphic TFT display, signal conditioning for strain gauge with 24 bits of resolution, silent stepper motor driver, Bluetooth communication and speed control with Hall effect encoder. With these characteristics, it was possible to develop a measuring device with sufficient precision required in laboratory practices, high reliability and technologically modern. Qualitative results include the procedures for local operation (via touch screen) and remote operation (via Bluetooth wireless connection) of the equipment. Two quantitative experiments are also included, in which the performance of the force measurement and the repeatability of the speed control were evaluated.

Resumen (es)

La viscosidad es la resistencia que tienen los fluidos para desplazarse en medios de conducción y es un parámetro de gran importancia para el estudio de la realogía. Además, en la industria, la viscosidad es un parámetro de control que permite evaluar los procesos de producción de petroquímicos o alimentos entre otros. En este sentido, la viscosidad se determina experimentalmente mediante equipos llamados viscosímetros. Existen diferentes tipos de viscosímetros entre los que destacan los de copa, de tubo en U y rotacionales. En este trabajo reportamos un circuito electrónico para un viscosímetro rotacional de cilindros concéntricos enfocado a las prácticas de laboratorio de mecánica de fluidos en el nivel licenciatura. El circuito esta desarrollado sobre la base de un microcontrolador ESP32 e incorpora dispositivos electrónicos modernos como lo son: un despliegue TFT gráfico táctil, adecuación para señal de galga extensiométrica con 24 bits de resolución, impulsor de motor a pasos silencioso, comunicación Bluetooth y control de velocidad con codificador de efecto Hall. Con estas características se consiguió desarrollar un aparato de medición con la precisión suficiente que se requiere en las prácticas de laboratorio, gran confiabilidad y tecnológicamente moderno. Como resultados cualitativos se incluyen los procedimientos de operación local (mediante pantalla táctil) y remota (mediante conexión inalámbrica Bluetooth) del equipo. También se incluyen dos experimentos cuantitativos en donde se evaluó el desempeño de la medición de fuerza y la repetibilidad en el control de velocidad.