Viscometru

Vâscozimetrul este un instrument care este utilizat pentru a măsura vâscozitatea fluidelor .

Viscometru capilar

Viscometru capilar Ostwald

Metoda clasică de măsurare se datorează lui George Gabriel Stokes și constă în măsurarea timpului necesar unui fluid pentru a trece printr-un capilar de sticlă de lungime cunoscută. Această metodă este încă utilizată pentru măsurarea standard a vâscozității apei și mai general pentru fluidele newtoniene . În condiții ideale, poate avea o precizie de aproximativ 0,1%.

Nu este potrivit pentru măsurarea fluidelor cu vâscozitate ridicată sau care conțin particule solide. Mai mult, nu poate fi utilizat cu fluide non-newtoniene .

Determinarea vâscozității

Determinarea vâscozității se bazează pe legea lui Poiseuille :

{\frac {dV}{dt}}=v\pi R^{2}={\frac {\pi R^{4}}{8\eta }}\left({\frac {-\Delta P}{\Delta x}}\right)={\frac {\pi R^{4}}{8\eta }}{\frac {|\Delta P|}{L}}

{\ displaystyle {\ frac {dV} {dt}} = v \ pi R ^ {2} = {\ frac {\ pi R ^ {4}} {8 \ eta}} \ left ({\ frac {- \ Delta P} {\ Delta x}} \ right) = {\ frac {\ pi R ^ {4}} {8 \ eta}} {\ frac {| \ Delta P |} {L}}}

{\ displaystyle {\ frac {dV} {dt}} = v \ pi R ^ {2} = {\ frac {\ pi R ^ {4}} {8 \ eta}} \ left ({\ frac {- \ Delta P} {\ Delta x}} \ right) = {\ frac {\ pi R ^ {4}} {8 \ eta}} {\ frac {| \ Delta P |} {L}}}

unde t este timpul de eluare al unui volum V de fluid. Raportul ${\frac {dV}{dt}}$ ${\ displaystyle {\ frac {dV} {dt}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {dV} {dt}}}$ depinde de valoarea razei capilarului R, de presiunea aplicată P, de lungimea capilarului L și de vâscozitatea dinamică η.

Diferența medie de presiune este dată de:

\Delta P=\rho g\Delta H

{\ displaystyle \ Delta P = \ rho g \ Delta H}

{\ displaystyle \ Delta P = \ rho g \ Delta H}

unde ρ este densitatea lichidului, g constanta de greutate și H înălțimea medie a meniscului lichid.

De obicei, vâscozitatea lichidului este comparată cu vâscozitatea unui alt lichid, pentru care se utilizează vâscozitatea relativă, care este dată de:

\eta _{r}={\frac {\eta }{\eta _{0}}}={\frac {t\rho }{t_{0}\rho _{0}}}

{\ displaystyle \ eta _ {r} = {\ frac {\ eta} {\ eta _ {0}}} = {\ frac {t \ rho} {t_ {0} \ rho _ {0}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {r} = {\ frac {\ eta} {\ eta _ {0}}} = {\ frac {t \ rho} {t_ {0} \ rho _ {0}}}}

.

unde t ₀ și ρ ₀ reprezintă timpul de curgere și densitatea lichidului pur. În cazul soluțiilor foarte diluate, se menține următoarea relație:

\rho \simeq \rho _{0}

{\ displaystyle \ rho \ simeq \ rho _ {0}}

{\ displaystyle \ rho \ simeq \ rho _ {0}}

și așa-numita "vâscozitate specifică" este calculată ca:

\eta _{sp}=\eta _{r}-1={\frac {t-t_{0}}{t_{0}}}

{\ displaystyle \ eta _ {sp} = \ eta _ {r} -1 = {\ frac {t-t_ {0}} {t_ {0}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {sp} = \ eta _ {r} -1 = {\ frac {t-t_ {0}} {t_ {0}}}}

.

sau în serie de putere:

\eta _{sp}=[\eta ]c+k[\eta ]^{2}c^{2}+.......

{\ displaystyle \ eta _ {sp} = [\ eta] c + k [\ eta] ^ {2} c ^ {2} + .......}

{\ displaystyle \ eta _ {sp} = [\ eta] c + k [\ eta] ^ {2} c ^ {2} + .......}

sau

{\frac {\eta _{sp}}{c}}=[\eta ]+k[\eta ]^{2}c+.......

{\ displaystyle {\ frac {\ eta _ {sp}} {c}} = [\ eta] + k [\ eta] ^ {2} c + .......}

{\ displaystyle {\ frac {\ eta _ {sp}} {c}} = [\ eta] + k [\ eta] ^ {2} c + .......}

in care ${\frac {\eta _{sp}}{c}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ eta _ {sp}} {c}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ eta _ {sp}} {c}}}$ este "numărul vâscozității".

Vâscozitatea intrinsecă poate fi determinată experimental prin măsurarea numărului de vâscozitate în funcție de concentrația la intersecția axei ordonate.

Viscometru Engler

Același subiect în detaliu: Viscometrul lui Engler .

Viscometru Engler

Viscometrul Engler (în cinstea inventatorului său Karl Oswald Victor Engler ) se bazează pe efluxul gravitațional al unei cantități date de fluid (200 ml) printr-un capilar, necesar pentru a genera mișcarea lichidului în conformitate cu un regim laminar.

Se compune dintr-un vas de alamă de dimensiuni mici, scufundat într-un rezervor termostatic, echipat cu o gaură calibrată (orificiu) plasată în partea de jos și în centru. Raportul dintre timpul luat de 200 ml de lichid examinat la temperatura testată pentru a curge, prin orificiul calibrat, în balonul plasat pe axă, și timpul luat de același volum de apă distilată la aceeași temperatură, exprimă vâscozitatea în grade engler (° E) a lichidului examinat.

Viscometru rotativ

Vâscozimetrul rotativ (sau "rotoviscosimetrul") constă dintr-un element rotativ cilindric sau sferic introdus într-un recipient cilindric care conține fluidul a cărui vâscozitate trebuie măsurată.

Când elementul rotativ este pus în mișcare, datorită vâscozității fluidului, se exercită câteva forțe asupra containerului cilindric.

Din măsurarea intensității cuplului este posibil să se determine cu exactitate vâscozitatea fluidului.

Viscometru Brookfield

Acest tip de viscozimetru, pe de altă parte, măsoară forța necesară pentru a menține un disc sau un cilindru în rotație la o viteză unghiulară constantă cufundată în fluidul de măsurat.

Din nou, forța depinde de vâscozitatea fluidului. Prin urmare, este necesar ca fluidul să fie adus la o temperatură de utilizare.

Viscometru cu vibrații

Viscometrele cu vibrații sunt sisteme robuste utilizate pentru măsurarea vâscozității în starea tratată. Partea activă a senzorului este o tijă de vibrație. Amplitudinea vibrațiilor variază în funcție de vâscozitatea lichidului în care este scufundată tija. Aceste testere de vâscozitate sunt potrivite pentru măsurarea prin blocarea fluidelor și a lichidelor cu vâscozitate ridicată (până la 1.000.000 cP). În prezent, multe industrii din întreaga lume consideră că aceste vâscozimetre sunt cel mai eficient sistem de măsurare a vâscozității, spre deosebire de vâscozele de rotație, care necesită o întreținere mai mare, nu pot măsura blocând lichidul și necesită o calibrare frecventă după o utilizare intensă. Vibrația viscozimetrelor nu are părți mobile, nici părți slabe, iar părțile sensibile sunt foarte mici.

Alte viscozimetre

Viscometrele "cupă și greutate" funcționează prin definirea volumului exact al probei care trebuie supusă stresului de forfecare în interiorul celulei; se măsoară cuplul necesar pentru a atinge o anumită viteză de rotație și se trasează un grafic. Există două geometrii clasice în viscozimetre „cană și greutate“, cunoscute ca sisteme Couette sau Searle, se disting prin dacă este containerul sau greutatea pe care se rotește. Cupa rotativă este preferată în unele cazuri, deoarece reduce formarea de vortexuri Taylor.

Viscometru Hoppler

Viscometru Hoppler .

Viscometrul Hoppler este utilizat pentru determinarea lichidelor cu vâscozitate ridicată și se bazează pe legea lui Stokes . Este alcătuit dintr-un tub cilindric de sticlă pe care sunt marcate _două ținte h _{1 și} h ₂ , în mod normal la aproximativ 10 cm distanță. Cilindrul este la rândul său umplut cu lichidul examinat și este plasat într-o poziție ușor înclinată în interiorul unei băi termostatate.