Um viscosímetro é um instrumento que mede o fluxo de fluido e a viscosidade de um líquido. A viscosidade de um líquido afeta seu desempenho, seja ele bombeado ou canalizado, ou impregnado e revestido.
Portanto, a medição da viscosidade é adequada para uma variedade de materiais, incluindo:
Óleo
plástico
pintar
Revestimento
Adesivo
algo
asfalto
A medição das propriedades de viscosidade e fluidez também é adequada para a produção de produtos de consumo comuns, como alimentos e bebidas, pasta de dente, cosméticos e xampus.
O que um viscosímetro faz?
Os viscosímetros medem a viscosidade e as propriedades de fluxo de líquidos e têm uma ampla gama de aplicações que medem essas propriedades de diferentes substâncias e materiais.
Exemplos dessas aplicações incluem:
Monitoramento da viscosidade de geleias e xaropes durante a produção de condimentos alimentares para garantir a consistência do lote
Analise as características de fluxo do leite ao projetar sistemas de tubulação para leite
Medição dos padrões de fluxo do óleo do motor sob diferentes condições de temperatura
Teste a viscosidade da tinta da impressora jato de tinta.
A viscosidade é importante na lubrificação de máquinas. Se estiver muito baixo, haverá muito contato entre os componentes internos e, portanto, desgaste. Se for muito alto, força a máquina a trabalhar mais para superar a resistência interna do lubrificante ao fluxo.
O que é viscosidade?
A viscosidade é uma medida da resistência de um material ao movimento quando uma força é aplicada.
Por exemplo, se você apertar um tubo de pasta de dente, com que facilidade o conteúdo flui para fora da extremidade do tubo?
Existe uma fórmula para medir a viscosidade:
Viscosidade=tensão de cisalhamento/taxa de cisalhamento.
Você expressa o resultado desta fórmula em centipoise (cP). Centipoise é equivalente a 1 mPa s (miliPascal segundo).
Isso se aplica à viscosidade absoluta. Para a viscosidade cinemática a medição é diferente, como explicaremos mais adiante.
A tensão de cisalhamento é a força por unidade de área necessária para mover uma camada de fluido em relação a outra.
A taxa de cisalhamento é uma medida da mudança na velocidade no movimento das camadas intermediárias umas em relação às outras.
Para muitos líquidos, a tensão que causa o fluxo é proporcional à taxa de deformação por cisalhamento. Para um determinado fluido, a tensão de cisalhamento dividida pela taxa de cisalhamento é constante a uma temperatura específica.
Esta constante é a viscosidade dinâmica ou absoluta. Mas você também pode simplesmente chamar isso de viscosidade do material.
Uma maneira simples de pensar na viscosidade é como a espessura de um fluido, mas quando você olha para fluidos com densidades diferentes, a maneira mais clara de descrever a viscosidade é a resistência ao fluxo.
Por que medir a viscosidade é importante?
As condições de processamento de um material são importantes tanto na sua produção como na sua utilização final.
A viscosidade de um material também é uma medida indireta útil de suas propriedades, como peso molecular e densidade. Essas propriedades do material influenciam o comportamento do fluxo.
Medir a viscosidade é uma parte importante do controle de qualidade e da consistência do lote.
Medir a viscosidade também é importante porque nem todos os fluidos se comportam da mesma maneira.
Em termos gerais, existem dois tipos:
Newton
Não newtoniano.
Newton refere-se à lei da viscosidade de Newton, que é a fórmula estabelecida para medi-la.
Num fluido newtoniano, a viscosidade permanece constante independentemente das mudanças na taxa de cisalhamento.
Exemplos típicos de fluidos newtonianos incluem água e óleo de motor.
No entanto, em fluidos não newtonianos, a viscosidade flutua. Esses fluidos incluem os seguintes tipos:
plástico
pseudoplasticidade
Reologia
tixotrópico
expansão
Um exemplo cotidiano de fluido não newtoniano é o ketchup, que fica mais fino quando você agita a garrafa. A pasta de tomate tem propriedades de redução de cisalhamento porque sua viscosidade diminui à medida que a tensão de cisalhamento aumenta.
Cinemática e viscosidade absoluta
Existem duas maneiras de expressar a viscosidade:
Cinesiologia
absoluto
Você pode medir a viscosidade cinemática observando a resistência de um fluido ao fluxo sob a influência da gravidade.
Você pode medir a viscosidade absoluta medindo a resistência ao fluxo sob forças externas e controladas.
As duas representações de viscosidade também diferem em suas medições.
A viscosidade cinemática é medida em centistokes (CSt)
A viscosidade absoluta é medida em centipoise (cP).
Que tipos de viscosímetros existem?
Existem dois métodos básicos para medir a viscosidade:
Ou um objeto passa através de um material estacionário, ou o material flui através ou através de um objeto estacionário.
Com qualquer um dos métodos, você pode medir a resistência ao fluxo registrando o tempo que leva para a operação ocorrer.
Existem vários viscosímetros que usam um destes dois métodos:
Viscosímetro capilar ou de vidro
viscosímetro rotacional
Viscosímetros de esfera em queda e pistão em queda.
Os viscosímetros medem a viscosidade newtoniana.
Existem também reômetros para medição de viscosidades não newtonianas, que utilizam múltiplos parâmetros para suas medições.
viscosímetro capilar
Freqüentemente, você encontrará viscosímetros capilares em ambientes de laboratório. Este é um tubo de vidro em forma de U (outro nome para ele é viscosímetro de tubo em U).
O processo de medição da viscosidade envolve a imersão de um tubo de vidro em um banho com temperatura controlada, geralmente 40 ou 100 graus.
Há uma leitura precisa do tempo, medido em segundos, de quanto tempo leva para uma quantidade fixa de fluido fluir dentro do tubo em U entre dois pontos marcados.
Você pode conseguir esse fluxo por sucção ou gravidade.
Depois de ter essa medida, você pode multiplicá-la por uma constante específica do tipo de tubo que você está usando e ela calculará:
Viscosidade cinemática (se estiver usando o método de aspiração), ou
Viscosidade absoluta (se a gravidade for usada.
viscosímetro rotacional
Este tipo de viscosímetro usa um dispositivo rotativo chamado fuso, que você submerge no fluido que está testando.
O torque no eixo de rotação do fuso mede então a resistência do fluido ao fluxo.
Um viscosímetro rotacional mede a viscosidade absoluta de um fluido.
Isso usa um fuso controlado eletromagneticamente para criar rotação dentro do fluido, eliminando o fator de atrito do rolamento de um fuso elétrico.
Viscosímetros de esfera em queda e pistão em queda
Estes não são métodos comuns de medição de viscosidade. No teste do viscosímetro de queda de bola e pistão, uma bola ou pistão é lançado no líquido e você mede o tempo entre os pontos marcados.
No entanto, para fazer isso, você deve saber a velocidade final, o tamanho e a densidade da esfera ou pistão que está usando.
Reômetro
Reologia é o estudo do fluxo da matéria, geralmente líquidos, mas também se aplica a alguns sólidos. Ele examina como os materiais respondem em relação ao fluxo em resposta às forças aplicadas.
Tecnicamente falando, a viscosidade se enquadra na categoria técnica mais ampla de reologia.
Os reômetros são ideais para medir a viscosidade de fluidos não newtonianos. Eles funcionam de forma semelhante aos viscosímetros, mas têm uma gama mais ampla de aplicações.
Isso ocorre porque os fluidos não newtonianos têm propriedades reológicas mais complexas do que os fluidos newtonianos, alterando sua viscosidade quando você lhes aplica força.
Existem quatro tipos de reômetros:
tubo capilar
rotação dinâmica
Torque
oscilante
Os reômetros capilares e rotacionais são semelhantes aos viscosímetros correspondentes.
Os reômetros de torque medem o torque em um parafuso ou motor de mistura, indicando a dificuldade de misturar o material da amostra.
Os reômetros oscilatórios induzem deformações de cisalhamento sinusoidais nos materiais da amostra, colocam-nos entre duas placas e medem o efeito de torção.
A principal diferença entre um reômetro e um viscosímetro é que os reômetros tendem a exercer alguma forma de força de cisalhamento na substância que estão testando.
Como você prepara uma amostra para medição?
Tanto nas medições de reologia quanto de viscosidade, a preparação da amostra afeta os resultados da medição.
Isto é especialmente verdadeiro ao medir amostras com baixas taxas de cisalhamento.
É importante não agitar ou agitar a amostra antes da medição, pois isso sujeitará a amostra a cargas de cisalhamento indefinidas, a menos que a amostra tenha sedimentos ou algum outro desprendimento. Neste caso, métodos e ferramentas consistentes devem ser usados para mexer ou agitar.
Seu método de aplicação também deve ser consistente, como colher ou espátula.
A aplicação com pipeta ou seringa só é adequada para uso com óleos, resinas ou solventes. Tal como acontece com outras substâncias, estes métodos de aplicação podem aumentar as cargas de cisalhamento, reduzindo assim as medições e os resultados distorcidos.
Tente certificar-se de que não há bolhas de ar, pois elas podem simular um comportamento não newtoniano e fornecer medições erradas.
O volume de amostra usado deve corresponder ao método de medição usado. Muita ou pouca amostra pode levar a erros de medição.
Siga as orientações sobre o tempo de espera. A preparação estressa a amostra e requer um período de recuperação. Uma vez instalado o sistema de medição, a estrutura da amostra pode precisar ser regenerada antes que medições precisas possam ser feitas.
Você também deve evitar que a amostra seque, pois isso pode fazer com que suas medições fiquem muito altas.
Que fatores afetam as medições de viscosidade?
Embora o processo de medição da viscosidade de um fluido possa parecer simples, há alguns fatores a serem considerados para que essas medições sejam precisas.
A temperatura é um fator chave. A função de um banho termostático é manter uma temperatura precisa durante todo o processo. Você deve ser capaz de controlar a temperatura do banho dentro de 00,02 graus da temperatura desejada (geralmente 40 ou 100 graus).
Um sistema de banheira com temperatura controlada torna isso mais fácil.
Em um viscosímetro capilar, o diâmetro do vidro em forma de U deve ser preciso para uma medição precisa. Portanto, esses vidros são frequentemente fabricados com vidros de borosilicato de baixa expansão. Isso ajuda a minimizar erros e a recalibrar o viscosímetro capilar anualmente.
Também é importante enxaguar e secar completamente entre as medições usando um solvente não residual.
Os viscosímetros variam em tamanho para medir diferentes tipos de viscosidades. Independentemente do tamanho do instrumento, ele recomenda que o tempo mínimo que um viscosímetro deve realizar uma medição seja de 200 segundos. Isso permite que o fluido passe entre os pontos marcados.
Quais indústrias se beneficiam com viscosímetros e reômetros?
Viscosímetros e reômetros são usados em diversas indústrias e setores.
Esses incluem:
Farmacêutica, Biotecnologia e Pesquisa Clínica
Petroquímica e Petróleo
dieta
Indústria química
Beleza e Cosméticos
coleta de evidências
Testes ambientais
P&D de fabricação.
Aqui estão alguns exemplos de aplicações de medição de viscosidade em vários setores.
Adesivo
Medir a viscosidade é importante na produção de adesivos. Dependendo do tipo de adesivo e da sua aplicação final, ele precisa fluir a uma determinada taxa ideal.
Os adesivos de baixa viscosidade fluem mais livremente do que os adesivos de alta viscosidade. Para alguns, o objetivo é fazer com que o adesivo fique mais firme no local, enquanto para outros, o objetivo é espalhá-lo mais amplamente.
comida
Na indústria alimentícia, a medição da viscosidade ajuda a maximizar a eficiência da produção e garantir a relação custo-benefício.
Quando os produtos são canalizados como parte da produção, a viscosidade afeta a velocidade dessa transferência e o tempo que leva para vários produtos alimentícios endurecerem ou secarem, ou quanto tempo leva para dispensá-los na embalagem.
A viscosidade pode ter um enorme impacto no processo de produção de alimentos e é um dos principais contribuintes para a textura dos alimentos.
Quaisquer inconsistências entre lotes podem resultar em um produto que não atende aos padrões do consumidor.
Óleo
A viscosidade é muito importante nos óleos. Determinará a eficácia da vedação do óleo e sua taxa de consumo.
A viscosidade do óleo afeta as temperaturas relacionadas ao atrito térmico dos rolamentos, conjuntos de engrenagens e cilindros. Isso afetará a eficiência do maquinário e a rapidez com que ele inicia e funciona em diferentes temperaturas.
Você mede a viscosidade cinemática de um óleo, o que lhe dá a classificação do índice de viscosidade (VI). Óleos com maior VI são mais eficientes, reduzindo assim o consumo e diminuindo o desgaste na lubrificação.
Outro fator medido no óleo é a sua capacidade de resistir ao cisalhamento durante a lubrificação hidrodinâmica.
É importante que a viscosidade do óleo corresponda às condições de temperatura, velocidade e carga das peças que lubrifica.
específico
Na indústria do concreto, a viscosidade plástica e a tensão de escoamento do concreto são críticas para sua trabalhabilidade e fluidez.
As propriedades reológicas do concreto determinam sua qualidade mecânica, durabilidade e qualidade geral.
Para garantir a sustentabilidade das estruturas de concreto e a usabilidade do concreto durante a construção, ele deve ter a viscosidade correta.
Cosmético
Na indústria de beleza e cosméticos, a medição da viscosidade é um elemento chave do controle de qualidade.
Por exemplo, o protetor labial deve ter alta viscosidade para garantir que adira adequadamente à pele e a proteja.
Os sprays corporais, por outro lado, requerem baixa viscosidade para fluir livre e uniformemente de seus dispensadores.
Quando as empresas de cosméticos descrevem os produtos como luxuosos, é mais provável que estes produtos exijam viscosidades mais elevadas para reforçar esta impressão.
Você pode usar um viscosímetro capilar para testar a viscosidade de muitos compostos cosméticos à base de óleo e água porque são fluidos newtonianos. Mas outros compostos terão propriedades não newtonianas e exigirão testes reológicos.
Portanto, é importante escolher o viscosímetro ou reômetro certo com base no escopo de suas necessidades.
Como escolher um viscosímetro?
Como vimos, viscosímetros e reômetros têm uma ampla gama de aplicações.
Que fatores devem ser considerados na escolha de um instrumento para medir a viscosidade?
Que tipo de viscosidade você precisa medir, viscosidade absoluta, viscosidade cinemática ou ambas?
Onde você realizará seu trabalho, em um ambiente de laboratório, em trânsito ou em outro lugar?
Quão complexo ou variável é o material que você deseja medir?
Geralmente, os reômetros são mais versáteis e mais caros que os viscosímetros, mas os reômetros medem fluidos não newtonianos.
Quando se trata de tipos de viscosímetros e reômetros, há uma grande variedade de categorias de instrumentos, incluindo:
Viscosímetro portátil portátil
Viscosímetro capilar de vidro
viscosímetro rotacional
Reômetros de rolamento de esferas e rolamentos de ar.
