Viscosímetro - Viscometer

Un viscosímetro (también llamado viscosímetro ) es un instrumento que se utiliza para medir la viscosidad de un fluido . Para líquidos con viscosidades que varían con las condiciones de flujo , se usa un instrumento llamado reómetro . Por tanto, un reómetro puede considerarse como un tipo especial de viscosímetro. Los viscosímetros solo miden bajo una condición de flujo.

En general, el fluido permanece estacionario y un objeto se mueve a través de él, o el objeto está estacionario y el fluido pasa a su lado. El arrastre causado por el movimiento relativo del fluido y una superficie es una medida de la viscosidad. Las condiciones de flujo deben tener un valor suficientemente pequeño del número de Reynolds para que haya flujo laminar .

A 20   ° C, la viscosidad dinámica ( viscosidad cinemática × densidad) del agua es 1.0038 mPa · sy su viscosidad cinemática (producto del tiempo de flujo × factor) es 1.0022 mm ² / s. Estos valores se utilizan para calibrar ciertos tipos de viscosímetros.   

Viscosímetros de laboratorio estándar para líquidos

Viscosímetros de tubo en U

Estos dispositivos también se conocen como viscosímetros capilares de vidrio o viscosímetros Ostwald , que llevan el nombre de Wilhelm Ostwald . Otra versión es el viscosímetro Ubbelohde , que consiste en un tubo de vidrio en forma de U sostenido verticalmente en un baño de temperatura controlada. En un brazo de la U hay una sección vertical de diámetro estrecho y preciso (el capilar). Arriba hay una bombilla, con otra bombilla más abajo en el otro brazo. En uso, el líquido se introduce en el bulbo superior por succión y luego se deja fluir hacia abajo a través del capilar hacia el bulbo inferior. Dos marcas (una arriba y otra debajo de la bombilla superior) indican un volumen conocido. El tiempo que tarda el nivel del líquido en pasar entre estas marcas es proporcional a la viscosidad cinemática. La calibración se puede realizar utilizando un fluido de propiedades conocidas. La mayoría de las unidades comerciales cuentan con un factor de conversión.

Se mide el tiempo requerido para que el líquido de prueba fluya a través de un capilar de un diámetro conocido de cierto factor entre dos puntos marcados. Multiplicando el tiempo empleado por el factor del viscosímetro, se obtiene la viscosidad cinemática.

Dichos viscosímetros pueden clasificarse como de flujo directo o de flujo inverso. Los viscosímetros de flujo inverso tienen el depósito por encima de las marcas y los de flujo directo son aquellos con el depósito por debajo de las marcas. Dichas clasificaciones existen para que el nivel se pueda determinar incluso cuando se miden líquidos opacos o colorantes, de lo contrario, el líquido cubrirá las marcas y hará imposible medir el tiempo que el nivel pasa la marca. Esto también permite que el viscosímetro tenga más de 1 juego de marcas para permitir un tiempo inmediato del tiempo que se tarda en alcanzar la 3ª marca , por lo que produce 2 tiempos y permite el cálculo posterior de determinabilidad para garantizar resultados precisos. El uso de dos tiempos en un viscosímetro en una sola ejecución solo es posible si la muestra que se mide tiene propiedades newtonianas . De lo contrario, el cambio en la cabeza motriz, que a su vez cambia la velocidad de corte, producirá una viscosidad diferente para las dos bombillas.

Viscosímetros de esfera descendente

La ley de Stokes es la base del viscosímetro de esfera descendente, en el que el fluido está estacionario en un tubo de vidrio vertical. Se permite que una esfera de tamaño y densidad conocidos descienda a través del líquido. Si se selecciona correctamente, alcanza la velocidad terminal , que se puede medir por el tiempo que tarda en pasar dos marcas en el tubo. La detección electrónica se puede utilizar para fluidos opacos. Conociendo la velocidad terminal, el tamaño y la densidad de la esfera y la densidad del líquido, la ley de Stokes se puede utilizar para calcular la viscosidad del fluido. En el experimento clásico se utilizan normalmente una serie de rodamientos de bolas de acero de diferente diámetro para mejorar la precisión del cálculo. El experimento escolar utiliza glicerol como fluido y la técnica se utiliza industrialmente para comprobar la viscosidad de los fluidos utilizados en los procesos. Incluye muchos aceites y líquidos poliméricos diferentes , como soluciones .

En 1851, George Gabriel Stokes derivó una expresión para la fuerza de fricción (también llamada fuerza de arrastre ) ejercida sobre objetos esféricos con números de Reynolds muy pequeños (por ejemplo, partículas muy pequeñas) en un fluido viscoso continuo cambiando el límite de masa de fluido pequeño del ecuaciones de Navier-Stokes generalmente irresolubles :

${\ Displaystyle F = 6 \ pi r \ eta v,}$

dónde

${\ Displaystyle F}$ es la fuerza de fricción,

${\ Displaystyle r}$ es el radio del objeto esférico,

${\ Displaystyle \ eta}$ es la viscosidad del fluido,

${\ Displaystyle v}$ es la velocidad de la partícula.

Si las partículas caen en el fluido viscoso por su propio peso, entonces se alcanza una velocidad terminal, también conocida como velocidad de asentamiento, cuando esta fuerza de fricción combinada con la fuerza de flotación equilibra exactamente la fuerza gravitacional . La velocidad de sedimentación resultante (o velocidad terminal ) está dada por

${\ Displaystyle V _ {\ text {s}} = {\ frac {2} {9}} {\ frac {r ^ {2} g (\ rho _ {p} - \ rho _ {f})} {\ mu}},}$

dónde:

V _s es la velocidad de sedimentación de las partículas (m / s), verticalmente hacia abajo si ρ _p > ρ _f , hacia arriba si ρ _p < ρ _f ,

r es el radio de Stokes de la partícula (m),

g es la aceleración gravitacional (m / s ² ),

ρ _p es la densidad de las partículas (kg / m ³ ),

ρ _f es la densidad del fluido (kg / m ³ ),

μ es la viscosidad (dinámica) del fluido (Pa · s).

Tenga en cuenta que se asume el flujo de Stokes , por lo que el número de Reynolds debe ser pequeño.

Un factor limitante de la validez de este resultado es la rugosidad de la esfera que se utiliza.

Una modificación del viscosímetro de esfera descendente recta es un viscosímetro de bola rodante, que mide el tiempo de una bola que rueda por una pendiente mientras está sumergida en el fluido de prueba. Esto se puede mejorar aún más mediante el uso de una placa en V patentada, que aumenta el número de rotaciones a la distancia recorrida, lo que permite dispositivos más pequeños y portátiles. El movimiento de balanceo controlado de la bola evita turbulencias en el fluido, que de otro modo ocurrirían con una bola que cae. Este tipo de dispositivo también es adecuado para su uso a bordo.

Viscosímetro de bola descendente

En 1932, Fritz Höppler obtuvo una patente para el viscosímetro de bola descendente, que lleva su nombre, el primer viscosímetro del mundo en determinar la viscosidad dinámica. Otros viscosímetros de primicia mundial desarrollados por Fritz Höppler en Medingen (Alemania) son el consistómetro y el reoviscómetro de presión de bola , consulte Kugeldruckviskosimeter = viscosímetro de presión de bola.

Viscosímetro de pistón descendente

También conocido como el viscosímetro Norcross en honor a su inventor, Austin Norcross. El principio de medición de la viscosidad en este dispositivo industrial resistente y sensible se basa en un conjunto de pistón y cilindro. El pistón se eleva periódicamente mediante un mecanismo de elevación de aire, arrastrando el material que se mide hacia abajo a través de la holgura (espacio) entre el pistón y la pared del cilindro en el espacio formado debajo del pistón a medida que se eleva. Luego, el ensamblaje generalmente se sostiene durante unos segundos, luego se deja caer por gravedad, expulsando la muestra por el mismo camino en el que ingresó, creando un efecto de corte en el líquido medido, lo que hace que este viscosímetro sea particularmente sensible y bueno para medir. ciertos líquidos tixotrópicos . El tiempo de caída es una medida de la viscosidad, y la holgura entre el pistón y el interior del cilindro forma el orificio de medición. El controlador de viscosidad mide el tiempo de caída (los segundos de tiempo de caída son la medida de la viscosidad) y muestra el valor de viscosidad resultante. El controlador puede calibrar el valor del tiempo de caída en segundos de copa (conocido como copa de flujo), segundo universal Saybolt (SUS) o centipoise .

El uso industrial es popular debido a su simplicidad, repetibilidad, bajo mantenimiento y longevidad. Este tipo de medición no se ve afectado por el caudal o las vibraciones externas. El principio de funcionamiento se puede adaptar a muchas condiciones diferentes, lo que lo hace ideal para entornos de control de procesos .

Viscosímetro de pistón oscilante

A veces denominado viscosímetro electromagnético o viscosímetro EMV, fue inventado en Cambridge Viscosity (formalmente Cambridge Applied Systems) en 1986. El sensor (ver figura a continuación) comprende una cámara de medición y un pistón influenciado magnéticamente. Las mediciones se toman por lo que primero se introduce una muestra en la cámara de medición controlada térmicamente donde reside el pistón. Los componentes electrónicos impulsan el pistón en movimiento oscilatorio dentro de la cámara de medición con un campo magnético controlado. Se impone un esfuerzo cortante sobre el líquido (o gas) debido al recorrido del pistón, y la viscosidad se determina midiendo el tiempo de recorrido del pistón. Los parámetros de construcción para el espacio anular entre el pistón y la cámara de medición, la fuerza del campo electromagnético y la distancia de recorrido del pistón se utilizan para calcular la viscosidad de acuerdo con la Ley de Viscosidad de Newton.

La tecnología de viscosímetro de pistón oscilante se ha adaptado para pruebas de viscosidad de muestras pequeñas y de viscosidad de micro muestras en aplicaciones de laboratorio. También se ha adaptado a las mediciones de viscosidad a alta presión y viscosidad a alta temperatura en entornos de laboratorio y de proceso. Los sensores de viscosidad se han escalado para una amplia gama de aplicaciones industriales, como viscosímetros de pequeño tamaño para su uso en compresores y motores, viscosímetros de flujo continuo para procesos de recubrimiento por inmersión, viscosímetros en línea para su uso en refinerías y cientos de otras aplicaciones. . Las mejoras en la sensibilidad de la electrónica moderna están estimulando un crecimiento en la popularidad de los viscosímetros de pistón oscilante entre los laboratorios académicos que exploran la viscosidad de los gases.

Viscosímetros vibratorios

Los viscosímetros vibratorios se remontan al instrumento Bendix de la década de 1950, que es de una clase que opera midiendo la amortiguación de un resonador electromecánico oscilante sumergido en un fluido cuya viscosidad está por determinar. El resonador generalmente oscila en torsión o transversalmente (como una viga en voladizo o un diapasón). Cuanto mayor sea la viscosidad, mayor será la amortiguación impuesta al resonador. La amortiguación del resonador se puede medir mediante uno de varios métodos:

1. Midiendo la entrada de energía necesaria para mantener el oscilador vibrando a una amplitud constante. Cuanto mayor sea la viscosidad, más potencia se necesita para mantener la amplitud de oscilación.
2. Medición del tiempo de caída de la oscilación una vez apagada la excitación. Cuanto mayor sea la viscosidad, más rápido decae la señal.
3. Medición de la frecuencia del resonador en función del ángulo de fase entre las formas de onda de excitación y respuesta. Cuanto mayor sea la viscosidad, mayor será el cambio de frecuencia para un cambio de fase dado.

El instrumento vibratorio también adolece de la falta de un campo de corte definido, lo que lo hace inadecuado para medir la viscosidad de un fluido cuyo comportamiento de flujo no se conoce de antemano.

Los viscosímetros vibratorios son sistemas industriales resistentes que se utilizan para medir la viscosidad en las condiciones del proceso. La parte activa del sensor es una varilla vibratoria. La amplitud de la vibración varía según la viscosidad del fluido en el que se sumerge la varilla. Estos viscosímetros son adecuados para medir fluidos de obstrucción y fluidos de alta viscosidad, incluidos aquellos con fibras (hasta 1000 Pa · s). Actualmente, muchas industrias alrededor del mundo consideran que estos viscosímetros son el sistema más eficiente para medir las viscosidades de una amplia gama de fluidos; por el contrario, los viscosímetros rotacionales requieren más mantenimiento, no pueden medir el líquido de obstrucción y requieren una calibración frecuente después de un uso intensivo. Los viscosímetros vibratorios no tienen partes móviles, no tienen partes débiles y la parte sensible es típicamente pequeña. Incluso los fluidos muy básicos o ácidos se pueden medir añadiendo una capa protectora, como esmalte , o cambiando el material del sensor a un material como el acero inoxidable 316L . Los viscosímetros vibratorios son el instrumento en línea más utilizado para controlar la viscosidad del fluido de proceso en tanques y tuberías.

Viscosímetro de cuarzo

El viscosímetro de cuarzo es un tipo especial de viscosímetro vibratorio. Aquí, un cristal de cuarzo oscilante se sumerge en un fluido y la influencia específica sobre el comportamiento oscilante define la viscosidad. El principio de la viscosimetría del cuarzo se basa en la idea de W. P. Mason. El concepto básico es la aplicación de un cristal piezoeléctrico para la determinación de la viscosidad. El campo eléctrico de alta frecuencia que se aplica al oscilador provoca un movimiento del sensor y da como resultado el cizallamiento del fluido. El movimiento del sensor se ve influenciado por las fuerzas externas (el esfuerzo cortante) del fluido, lo que afecta la respuesta eléctrica del sensor. El procedimiento de calibración como condición previa a la determinación de la viscosidad mediante un cristal de cuarzo se remonta a B. Bode, quien facilitó el análisis detallado del comportamiento de transmisión eléctrica y mecánica del sistema oscilante. Sobre la base de esta calibración, se desarrolló el viscosímetro de cuarzo que permite la determinación continua de la viscosidad en líquidos en reposo y en flujo.

Microbalanza de cristal de cuarzo

La microbalanza de cristal de cuarzo funciona como un viscosímetro vibratorio por las propiedades piezoeléctricas inherentes al cuarzo para realizar mediciones de los espectros de conductancia de líquidos y películas delgadas expuestas a la superficie del cristal. A partir de estos espectros, se rastrean los cambios de frecuencia y el ensanchamiento de los picos de las frecuencias de resonancia y sobretonos del cristal de cuarzo y se utilizan para determinar los cambios en la masa, así como la viscosidad , el módulo de corte y otras propiedades viscoelásticas del líquido o la película delgada. . Una ventaja de utilizar la microbalanza de cristal de cuarzo para medir la viscosidad es la pequeña cantidad de muestra necesaria para obtener una medición precisa. Sin embargo, debido a la dependencia de las propiedades viscoelásticas de las técnicas de preparación de la muestra y del espesor de la película o del líquido a granel, puede haber errores de hasta el 10% en las mediciones de viscosidad entre muestras.

Una técnica interesante para medir la viscosidad de un líquido utilizando una microbalanza de cristal de cuarzo que mejora la consistencia de las medidas utiliza un método de gota. En lugar de crear una película delgada o sumergir el cristal de cuarzo en un líquido, se deja caer una sola gota del líquido de interés sobre la superficie del cristal. La viscosidad se extrae del cambio en los datos de frecuencia utilizando la siguiente ecuación

${\ Displaystyle \ Delta f = -f_ {0} ^ {3/2} {\ sqrt {\ frac {\ eta _ {l} \ rho _ {l}} {\ pi \ mu _ {Q} \ rho _ {Q}}}}}$

donde es la frecuencia de resonancia,  es la densidad del fluido,  es el módulo de corte del cuarzo y  es la densidad del cuarzo. Una extensión de esta técnica corrige el cambio en la frecuencia de resonancia por el tamaño de la gota depositada en el cristal de cuarzo. ${\ Displaystyle f_ {0}}$${\ Displaystyle \ rho _ {l}}$${\ Displaystyle \ mu _ {Q}}$${\ Displaystyle \ rho _ {Q}}$

Viscosímetros rotacionales

Los viscosímetros rotacionales usan la idea de que el torque requerido para girar un objeto en un fluido es una función de la viscosidad de ese fluido. Miden el par necesario para rotar un disco o balancearse en un fluido a una velocidad conocida.

Los viscosímetros "cup and bob" funcionan definiendo el volumen exacto de una muestra que se cortará dentro de una celda de prueba; se mide y se traza el par necesario para alcanzar una determinada velocidad de rotación. Hay dos geometrías clásicas en los viscosímetros "cup and bob", conocidas como sistemas "Couette" o "Searle", que se distinguen por si la copa o el bob giran. En algunos casos, se prefiere la copa giratoria porque reduce la aparición de vórtices de Taylor a velocidades de cizallamiento muy altas, pero la bobina giratoria se usa con más frecuencia, ya que el diseño del instrumento también puede ser más flexible para otras geometrías.

Los viscosímetros de "cono y placa" utilizan un cono de ángulo estrecho muy cerca de una placa plana. Con este sistema, la velocidad de corte entre las geometrías es constante a cualquier velocidad de rotación dada. La viscosidad se puede calcular fácilmente a partir del esfuerzo cortante (del par de torsión) y la velocidad de corte (de la velocidad angular).

Si una prueba con cualquier geometría se ejecuta a través de una tabla de varias tasas de cizallamiento o tensiones, los datos se pueden usar para trazar una curva de flujo, que es un gráfico de viscosidad frente a velocidad de cizalla. Si la prueba anterior se lleva a cabo con la suficiente lentitud para que el valor medido (esfuerzo cortante si se está controlando la velocidad, o viceversa) alcance un valor estable en cada paso, se dice que los datos están en "equilibrio" y el gráfico es entonces una "curva de flujo de equilibrio". Esto es preferible a las mediciones que no están en equilibrio, ya que los datos generalmente se pueden replicar en varios otros instrumentos o con otras geometrías.

Cálculo de la velocidad de corte y los factores de forma del esfuerzo de corte

Los reómetros y viscosímetros funcionan con torque y velocidad angular. Dado que la viscosidad se considera normalmente en términos de esfuerzo cortante y velocidades de corte, se necesita un método para convertir de "números de instrumentos" a "números de reología". Cada sistema de medición utilizado en un instrumento tiene sus "factores de forma" asociados para convertir el par en esfuerzo cortante y para convertir la velocidad angular en velocidad cortante.

Llamaremos al factor de forma del esfuerzo cortante C ₁ y al factor de velocidad de corte C ₂ .

esfuerzo cortante = par ÷ C ₁ .

velocidad de corte = C ₂ × velocidad angular.

Para algunos sistemas de medición, como placas paralelas, el usuario puede establecer el espacio entre los sistemas de medición. En este caso, la ecuación utilizada es

velocidad de corte = C ₂ × velocidad angular / espacio.

viscosidad = esfuerzo cortante / velocidad cortante.

Las siguientes secciones muestran cómo se calculan los factores de forma para cada sistema de medición.

Cono y plato

${\ Displaystyle {\ begin {alineado} C_ {1} & = {\ frac {3} {2}} r ^ {3}, \\ C_ {2} & = {\ frac {1} {\ theta}} , \ end {alineado}}}$

dónde

r es el radio del cono,

θ es el ángulo del cono en radianes.

Placas paralelas

${\ Displaystyle {\ begin {alineado} C_ {1} & = {\ frac {3} {2}} r ^ {3}, \\ C_ {2} & = {\ frac {3} {4}} r , \ end {alineado}}}$

donde r es el radio de la placa.

Nota: El esfuerzo cortante varía a lo largo del radio de una placa paralela. La fórmula anterior se refiere a la posición de radio 3/4 si la muestra de prueba es newtoniana.

Cilindros coaxiales

${\ Displaystyle {\ begin {alineado} C_ {1} & = {\ frac {1} {3}} r _ {\ text {a}} ^ {2} H, \\ C_ {2} & = {\ frac {2r _ {\ text {i}} ^ {2} r _ {\ text {o}} ^ {2}} {r _ {\ text {a}} ^ {2} \ left (r _ {\ text {o}} ^ {2} -r _ {\ text {i}} ^ {2} \ right)}}, \ end {alineado}}}$

dónde:

r _a = ( r _i + r _o ) / 2 es el radio promedio,

r _i es el radio interior,

r _o es el radio exterior,

H es la altura del cilindro.

Nota: C ₁ toma el esfuerzo cortante como el que ocurre en un radio promedio r _a .

Viscosímetro de esfera giratoria electromagnéticamente (viscosímetro EMS)

El viscosímetro EMS mide la viscosidad de los líquidos mediante la observación de la rotación de una esfera impulsada por interacción electromagnética: dos imanes unidos a un rotor crean un campo magnético giratorio. La muestra ③ que se va a medir se encuentra en un pequeño tubo de ensayo ②. Dentro del tubo hay una esfera de aluminio ④. El tubo se encuentra en una cámara con temperatura controlada ① y se coloca de manera que la esfera se sitúe en el centro de los dos imanes.

El campo magnético giratorio induce corrientes parásitas en la esfera. La interacción de Lorentz resultante entre el campo magnético y estas corrientes parásitas genera un par que hace girar la esfera. La velocidad de rotación de la esfera depende de la velocidad de rotación del campo magnético, la magnitud del campo magnético y la viscosidad de la muestra alrededor de la esfera. El movimiento de la esfera es monitoreado por una cámara de video ⑤ ubicada debajo de la celda. El par de torsión aplicado a la esfera es proporcional a la diferencia en la velocidad angular del campo magnético Ω _B y el de la esfera Ω _S . Por tanto, existe una relación lineal entre ( Ω _B - Ω _S ) / Ω _S y la viscosidad del líquido.

Este nuevo principio de medición fue desarrollado por Sakai et al. en la Universidad de Tokio. El viscosímetro EMS se distingue de otros viscosímetros rotacionales por tres características principales:

• Todas las partes del viscosímetro que entran en contacto directo con la muestra son desechables y económicas.
• Las mediciones se realizan en un recipiente de muestra sellado.
• El viscosímetro EMS solo requiere cantidades de muestra muy pequeñas (0,3 ml).

Viscosímetro Stabinger

Al modificar el viscosímetro rotacional clásico tipo Couette, es posible combinar la precisión de la determinación de la viscosidad cinemática con un amplio rango de medición.

El cilindro exterior del viscosímetro Stabinger es un tubo lleno de muestra que gira a velocidad constante en una carcasa de cobre con temperatura controlada. El cilindro interno hueco, con forma de rotor cónico, está centrado dentro de la muestra por efectos de lubricación hidrodinámica y fuerzas centrífugas . De esta forma se evita por completo la fricción de los rodamientos , un factor inevitable en la mayoría de los dispositivos de rotación. Las fuerzas de cizallamiento del fluido giratorio impulsan el rotor, mientras que un imán dentro del rotor forma un freno de corrientes parásitas con la carcasa de cobre circundante. Se establece una velocidad de equilibrio del rotor entre las fuerzas impulsoras y de retardo, que es una medida inequívoca de la viscosidad dinámica. La medición de velocidad y par se implementa sin contacto directo mediante un sensor de efecto Hall que cuenta la frecuencia del campo magnético giratorio . Esto permite una resolución de par de alta precisión de 50  pN · my un amplio rango de medición de 0,2 a 30.000 mPa · s con un solo sistema de medición. Una medición de densidad incorporada basada en el principio de tubo en U oscilante permite la determinación de la viscosidad cinemática a partir de la viscosidad dinámica medida empleando la relación

${\ Displaystyle \ nu = {\ frac {\ eta} {\ rho}},}$

dónde:

ν es la viscosidad cinemática (mm ² / s),

η es la viscosidad dinámica (mPa · s),

ρ es la densidad (g / cm ³ ).

Viscosímetro de burbuja

Los viscosímetros de burbuja se utilizan para determinar rápidamente la viscosidad cinemática de líquidos conocidos como resinas y barnices. El tiempo necesario para que suba una burbuja de aire es directamente proporcional a la viscosidad del líquido, por lo que cuanto más rápido sube la burbuja, menor es la viscosidad. El método de comparación alfabética utiliza 4 juegos de tubos de referencia con letras, de A5 a Z10, de viscosidad conocida para cubrir un rango de viscosidad de 0,005 a 1000 stokes . El método de tiempo directo utiliza un solo tubo de tiempo de 3 líneas para determinar los "segundos de burbuja", que luego pueden convertirse en stokes.

Este método es considerablemente preciso, pero las medidas pueden variar debido a variaciones en la flotabilidad debido al cambio de forma de la burbuja en el tubo. Sin embargo, esto no causa ningún tipo de error de cálculo grave.

Viscosímetro de hendidura rectangular

El diseño básico de un viscosímetro / reómetro de rendija rectangular consiste en un canal de rendija rectangular con un área de sección transversal uniforme. Se bombea un líquido de prueba a un caudal constante a través de este canal. Varios sensores de presión montados al ras a distancias lineales a lo largo de la dirección de la corriente miden la caída de presión como se muestra en la figura:

Principio de medición: El viscosímetro / reómetro de hendidura se basa en el principio fundamental de que un líquido viscoso resiste el flujo, mostrando una presión decreciente a lo largo de la hendidura. La disminución o caída de presión ( ∆ P ) se correlaciona con el esfuerzo cortante en el límite del muro. La tasa de cizallamiento aparente está directamente relacionada con la tasa de flujo y la dimensión de la ranura. Se calculan la velocidad de corte aparente, el esfuerzo de corte y la viscosidad aparente :

${\ Displaystyle {\ begin {alineado} {\ dot {\ gamma}} _ {\ text {a}} & = {\ frac {6Q} {wh ^ {2}}}, \\\ sigma & = {\ frac {wh} {2 (w + h)}} {\ frac {\ Delta P} {l}}, \\\ eta _ {\ text {a}} & = {\ frac {\ sigma} {{\ punto {\ gamma}} _ {\ text {a}}}}, \ end {alineado}}}$

dónde

${\ Displaystyle {\ dot {\ gamma}}}$ es la tasa de corte aparente (s ⁻¹ ),

σ es el esfuerzo cortante (Pa),

η _a es la viscosidad aparente (Pa · s),

∆ P es la diferencia de presión entre el sensor de presión principal y el último sensor de presión (Pa),

Q es el caudal (ml / s),

w es el ancho del canal de flujo (mm),

h es la profundidad del canal de flujo (mm),

l es la distancia entre el sensor de presión principal y el último sensor de presión (mm).

Para determinar la viscosidad de un líquido, la muestra de líquido se bombea a través del canal de la rendija a un caudal constante y se mide la caída de presión. Siguiendo estas ecuaciones, se calcula la viscosidad aparente para la velocidad de cizallamiento aparente. Para un líquido newtoniano, la viscosidad aparente es la misma que la viscosidad verdadera, y la medición única de la velocidad de corte es suficiente. Para líquidos no newtonianos, la viscosidad aparente no es la viscosidad verdadera. Para obtener la verdadera viscosidad, las viscosidades aparentes se miden a múltiples velocidades de cizallamiento aparentes. Luego, las viscosidades verdaderas η a varias velocidades de corte se calculan utilizando el factor de corrección de Weissenberg-Rabinowitsch-Mooney:

${\ Displaystyle {\ frac {1} {\ eta}} = {\ frac {1} {2 \ eta _ {\ text {a}}}} \ left (2 + {\ frac {\ mathrm {d} \ ln {{\ dot {\ gamma}} _ {\ text {a}}}} {\ mathrm {d} \ ln {\ sigma}}} \ right).}$

La viscosidad verdadera calculada es la misma que los valores del cono y la placa a la misma velocidad de corte.

También se puede usar una versión modificada del viscosímetro / reómetro de rendija rectangular para determinar la viscosidad extensional aparente .

Viscosímetro de Krebs

El viscosímetro de Krebs utiliza un gráfico digital y un pequeño eje lateral para medir la viscosidad de un fluido. Se utiliza principalmente en la industria de la pintura.

Tipos misceláneos de viscosímetro

Otros tipos de viscosímetros usan bolas u otros objetos. Los viscosímetros que pueden caracterizar fluidos no newtonianos se denominan generalmente reómetros o plastómetros .

En el viscosímetro ICI "Oscar", una lata de fluido sellada se hizo oscilar torsionalmente y, mediante técnicas de medición inteligentes, fue posible medir tanto la viscosidad como la elasticidad en la muestra.

El viscosímetro de embudo Marsh mide la viscosidad desde el momento (tiempo de salida ) que necesita un volumen conocido de líquido para fluir desde la base de un cono a través de un tubo corto. Esto es similar en principio a las copas de flujo ( copas de salida) como las copas Ford , Zahn y Shell que usan diferentes formas para el cono y varios tamaños de boquilla. Las mediciones se pueden realizar según ISO 2431, ASTM D1200 - 10 o DIN 53411.

El reómetro de hoja flexible mejora la precisión de las mediciones para los líquidos de menor viscosidad utilizando los cambios sutiles en el campo de flujo debido a la flexibilidad de la hoja móvil o estacionaria (a veces llamada ala o voladizo con abrazadera de un solo lado).

Ver también

• Medición de flujo
• Ecuación de poiseuille
• Viscotermo

Referencias

• British Standards Institute BS ISO / TR 3666: 1998 Viscosidad del agua
• British Standards Institute BS 188: 1977 Métodos para la determinación de la viscosidad de líquidos

enlaces externos

• RHEOTEST Medingen GmbH - Historia y colección de instrumentos reológicos de la época de Fritz Höppler
• ASTM International (ASTM D7042)
• Tablas de conversión de viscosidad
• [1] - Alpha Technologies (anteriormente Monsanto Instruments and Equipment) - Akron, Ohio, EE. UU.
• Viscopedia | Una base de conocimientos gratuita para la viscosidad