Un viscosimetro è uno strumento che misura il flusso del fluido e la viscosità di un liquido. La viscosità di un liquido influisce sulle sue prestazioni, sia che venga pompato o convogliato, oppure impregnato e rivestito.
Pertanto, la misurazione della viscosità è adatta per una varietà di materiali, tra cui:
Olio
plastica
colore
Rivestimento
Adesivo
qualcosa
asfalto
La misurazione della viscosità e delle proprietà di flusso è adatta anche per la produzione di prodotti di consumo comuni come alimenti e bevande, dentifricio, cosmetici e shampoo.
Cosa fa un viscosimetro?
I viscosimetri misurano la viscosità e le proprietà di flusso dei liquidi e hanno un'ampia gamma di applicazioni misurando queste proprietà di diverse sostanze e materiali.
Esempi di queste applicazioni includono:
Monitoraggio della viscosità di marmellate e sciroppi durante la produzione di condimenti alimentari per garantire la consistenza del lotto
Analizzare le caratteristiche del flusso del latte durante la progettazione di sistemi di tubazioni per il latte
Misurazione dei modelli di flusso dell'olio motore in diverse condizioni di temperatura
Testare la viscosità dell'inchiostro della stampante a getto d'inchiostro.
La viscosità è importante nella lubrificazione della macchina. Se è troppo basso ci sarà troppo contatto tra i componenti interni e quindi usura. Se è troppo alto, costringe la macchina a lavorare di più per superare la resistenza interna al flusso del lubrificante.
Cos'è la viscosità?
La viscosità è una misura della resistenza di un materiale al movimento quando viene applicata una forza.
Ad esempio, se schiacci un tubetto di dentifricio, con quanta facilità il contenuto fuoriesce dall'estremità del tubetto?
Esiste una formula per misurare la viscosità:
Viscosità=shear stress/velocità di taglio.
Esprimi il risultato di questa formula in centipoise (cP). Centipoise equivale a 1 mPa s (milliPascal secondo).
Questo vale per la viscosità assoluta. Per la viscosità cinematica la misura è diversa, come spiegheremo più avanti.
Lo stress di taglio è la forza per unità di area necessaria per spostare uno strato di fluido rispetto a un altro.
La velocità di taglio è una misura della variazione di velocità nel movimento degli strati intermedi l'uno rispetto all'altro.
Per molti liquidi, lo stress che causa il flusso è proporzionale alla velocità di deformazione di taglio. Per un dato fluido, lo sforzo di taglio diviso per la velocità di taglio è costante ad una temperatura specifica.
Questa costante è la viscosità dinamica o assoluta. Ma puoi anche chiamarla semplicemente viscosità del materiale.
Un modo semplice di pensare alla viscosità è come lo spessore di un fluido, ma quando si osservano fluidi con densità diverse, il modo più chiaro per descrivere la viscosità è la resistenza al flusso.
Perché è importante misurare la viscosità?
Le condizioni di lavorazione di un materiale sono importanti sia nella sua produzione che nel suo utilizzo finale.
La viscosità di un materiale è anche un'utile misura indiretta delle sue proprietà, come il peso molecolare e la densità. Queste proprietà del materiale influenzano il comportamento del flusso.
La misurazione della viscosità è una parte importante del controllo di qualità e della consistenza del lotto.
Anche la misurazione della viscosità è importante perché non tutti i fluidi si comportano allo stesso modo.
In generale, ci sono due tipi:
newtone
Non newtoniano.
Newton si riferisce alla legge della viscosità di Newton, che è la formula stabilita per misurarla.
In un fluido newtoniano, la viscosità rimane costante indipendentemente dalle variazioni della velocità di taglio.
Esempi tipici di fluidi newtoniani includono acqua e olio motore.
Tuttavia, nei fluidi non newtoniani, la viscosità varia. Questi fluidi includono i seguenti tipi:
plastica
pseudoplasticità
Reologia
tissotropico
espansione
Un esempio quotidiano di fluido non newtoniano è il ketchup, che diventa più fluido quando si agita la bottiglia. Il concentrato di pomodoro ha proprietà di diluizione del taglio perché la sua viscosità diminuisce all'aumentare dello stress di taglio.
Cinematica e viscosità assoluta
Esistono due modi per esprimere la viscosità:
Kinesiologia
assoluto
È possibile misurare la viscosità cinematica osservando la resistenza di un fluido al flusso sotto l'influenza della gravità.
È possibile misurare la viscosità assoluta misurando la resistenza al flusso sotto forze esterne e controllate.
Le due rappresentazioni della viscosità differiscono anche nelle loro misurazioni.
La viscosità cinematica è misurata in centistoke (CSt)
La viscosità assoluta è misurata in centipoise (cP).
Quali tipi di viscosimetri esistono?
Esistono due metodi fondamentali per misurare la viscosità:
O un oggetto passa attraverso un materiale stazionario, oppure il materiale scorre attraverso o attraverso un oggetto stazionario.
Con entrambi i metodi è possibile misurare la resistenza al flusso registrando il tempo necessario affinché si verifichi l'operazione.
Esistono vari viscosimetri che utilizzano uno di questi due metodi:
Viscosimetro capillare o in vetro
viscosimetro rotazionale
Viscosimetri a sfera cadente e a pistone cadente.
I viscosimetri misurano la viscosità newtoniana.
Esistono anche reometri per misurare la viscosità non newtoniana, che utilizzano più parametri per le loro misurazioni.
viscosimetro capillare
Troverai spesso viscosimetri capillari in ambienti di laboratorio. Questo è un tubo di vetro a forma di U (un altro nome per esso è viscosimetro a tubo a U).
Il processo di misurazione della viscosità prevede l'immersione di un tubo di vetro in un bagno a temperatura controllata, solitamente a 40 o 100 gradi.
C'è una lettura temporale precisa, misurata in secondi, di quanto tempo impiega una quantità fissa di fluido a fluire all'interno del tubo a U tra due punti contrassegnati.
È possibile ottenere questo flusso attraverso l'aspirazione o la gravità.
Una volta ottenuta questa misurazione, puoi moltiplicarla per una costante specifica per il tipo di tubo che stai utilizzando e calcolerà:
Viscosità cinematica (se si utilizza il metodo di aspirazione), o
Viscosità assoluta (se si utilizza la gravità.
viscosimetro rotazionale
Questo tipo di viscosimetro utilizza un dispositivo rotante chiamato mandrino che immergi nel fluido che stai testando.
La coppia sull'asse di rotazione del mandrino misura quindi la resistenza del fluido al flusso.
Un viscosimetro rotazionale misura la viscosità assoluta di un fluido.
Questo utilizza un mandrino controllato elettromagneticamente per creare rotazione all'interno del fluido, eliminando il fattore di attrito del cuscinetto di un elettromandrino.
Viscosimetri a sfera cadente e a pistone cadente
Questi non sono metodi comuni per misurare la viscosità. Nel test del viscosimetro con sfera in caduta e pistone in caduta, una sfera o un pistone vengono lasciati cadere nel liquido e si misura il tempo tra i punti contrassegnati.
Tuttavia, per fare ciò, devi conoscere la velocità finale, le dimensioni e la densità della sfera o del pistone che stai utilizzando.
Reometro
La reologia è lo studio del flusso della materia, solitamente liquida, ma si applica anche ad alcuni solidi. Esamina come i materiali rispondono in relazione al flusso in risposta alle forze applicate.
Tecnicamente parlando, la viscosità rientra nella più ampia categoria tecnica della reologia.
I reometri sono ideali per misurare la viscosità dei fluidi non newtoniani. Funzionano in modo simile ai viscosimetri ma hanno una gamma più ampia di applicazioni.
Questo perché i fluidi non newtoniani hanno proprietà reologiche più complesse rispetto ai fluidi newtoniani, modificando la loro viscosità quando si applica loro una forza.
Esistono quattro tipi di reometri:
tubo capillare
rotazione dinamica
Coppia
oscillante
I reometri capillari e rotazionali sono simili ai viscosimetri corrispondenti.
I reometri di coppia misurano la coppia su una vite di miscelazione o su un motore, indicando la difficoltà di miscelazione del materiale campione.
I reometri oscillatori inducono deformazioni di taglio sinusoidali nei materiali campione, li posizionano tra due piastre e misurano l'effetto torsionale.
La differenza principale tra un reometro e un viscosimetro è che i reometri tendono a esercitare una qualche forma di forza di taglio sulla sostanza che stanno testando.
Come si prepara un campione per la misurazione?
Sia nelle misurazioni della reologia che della viscosità, la preparazione del campione influisce sui risultati della misurazione.
Ciò è particolarmente vero quando si misurano campioni a basse velocità di taglio.
È importante non agitare o mescolare il campione prima della misurazione poiché ciò sottoporrà il campione a carichi di taglio indefiniti a meno che il campione non presenti sedimenti o qualche altro distacco. In questo caso è necessario utilizzare metodi e strumenti coerenti per mescolare o agitare.
Anche il metodo di applicazione dovrebbe essere coerente, come un cucchiaio o una spatola.
L'applicazione con pipetta o siringa è adatta solo per l'uso con oli, resine o solventi. Come con altre sostanze, questi metodi di applicazione possono aumentare i carichi di taglio, riducendo così le misurazioni e distorcendo i risultati.
Cerca di assicurarti che non ci siano bolle d'aria poiché queste possono simulare un comportamento non newtoniano e fornire misurazioni errate.
Il volume del campione utilizzato deve corrispondere al metodo di misurazione utilizzato. Troppo o troppo poco campione può portare ad errori di misurazione.
Segui le indicazioni sui tempi di attesa. La preparazione stressa il campione e richiede un periodo di recupero. Una volta installato il sistema di misurazione, potrebbe essere necessario rigenerare la struttura del campione prima di poter effettuare misurazioni accurate.
È inoltre necessario assicurarsi di evitare che il campione si secchi, poiché ciò potrebbe rendere le misurazioni troppo elevate.
Quali fattori influenzano le misurazioni della viscosità?
Sebbene il processo di misurazione della viscosità di un fluido possa sembrare semplice, ci sono alcuni fattori da considerare affinché queste misurazioni siano accurate.
La temperatura è un fattore chiave. La funzione di un bagno termostatico è quella di mantenere una temperatura precisa durante tutto il processo. Dovresti essere in grado di controllare la temperatura del bagno entro 0,02 gradi dalla temperatura desiderata (solitamente 40 o 100 gradi).
Un sistema di vasche a temperatura controllata ti semplifica questo compito.
In un viscosimetro capillare, il diametro del vetro a forma di U deve essere preciso per una misurazione accurata. Pertanto, questi vetri vengono spesso realizzati utilizzando vetri borosilicati a bassa espansione. Ciò aiuta a ridurre al minimo gli errori e a ricalibrare il viscosimetro capillare ogni anno.
È inoltre importante risciacquare e asciugare accuratamente tra una misurazione e l'altra utilizzando un solvente non residuo.
I viscosimetri variano nelle dimensioni per misurare diversi tipi di viscosità. Indipendentemente dalle dimensioni dello strumento, raccomanda che il tempo minimo in cui un viscosimetro deve effettuare una misurazione sia di 200 secondi. Ciò consente al fluido di passare tra i punti contrassegnati.
Quali industrie traggono vantaggio dai viscosimetri e dai reometri?
Viscosimetri e reometri sono utilizzati in una varietà di industrie e settori.
Questi includono:
Prodotti farmaceutici, biotecnologie e ricerca clinica
Petrolchimico e petrolio
dieta
Industria chimica
Bellezza e Cosmetica
raccolta delle prove
Test ambientali
Ricerca e sviluppo nel settore manifatturiero.
Ecco alcuni esempi di applicazioni di misurazione della viscosità in vari settori.
Adesivo
La misurazione della viscosità è importante nella produzione di adesivi. A seconda del tipo di adesivo e della sua applicazione finale, è necessario che scorra ad una velocità ottimale.
Gli adesivi a bassa viscosità scorrono più liberamente rispetto agli adesivi ad alta viscosità. Per alcuni, l'obiettivo è far sì che l'adesivo rimanga più saldamente in un punto, mentre per altri l'obiettivo è diffonderlo più ampiamente.
cibo
Nell'industria alimentare, la misurazione della viscosità aiuta a massimizzare l'efficienza produttiva e a garantire il rapporto costo-efficacia.
Laddove i prodotti vengono convogliati come parte della produzione, la viscosità influisce sulla velocità di questo trasferimento e sul tempo impiegato dai vari prodotti alimentari per solidificarsi o asciugarsi, o quanto tempo occorre per distribuirli nella confezione.
La viscosità può avere un enorme impatto sul processo di produzione alimentare e contribuisce in modo determinante alla consistenza del cibo.
Eventuali incoerenze tra lotto e lotto possono risultare in un prodotto che non soddisfa gli standard dei consumatori.
Olio
La viscosità è molto importante negli oli. Determinerà l'efficacia di tenuta dell'olio e il suo tasso di consumo.
La viscosità dell'olio influisce sulle temperature legate all'attrito termico di cuscinetti, gruppi di ingranaggi e cilindri. Influirà sull'efficienza del macchinario e sulla velocità con cui si avvia e funziona a temperature diverse.
Misuri la viscosità cinematica di un olio, che ti dà il suo indice di viscosità (VI). Gli oli con VI più elevato sono più efficienti, riducendo così i consumi e riducendo l'usura nella lubrificazione.
Un altro fattore misurato nell'olio è la sua capacità di resistere al taglio durante la lubrificazione idrodinamica.
È importante che la viscosità dell'olio corrisponda alle condizioni di temperatura, velocità e carico delle parti che lubrifica.
specifica
Nell'industria del calcestruzzo, la viscosità plastica e il carico di snervamento del calcestruzzo sono fondamentali per la sua lavorabilità e colabilità.
Le proprietà reologiche del calcestruzzo ne determinano la qualità meccanica, la durabilità e la qualità complessiva.
Per garantire la sostenibilità delle strutture in calcestruzzo e l'utilizzabilità del calcestruzzo durante la costruzione, questo deve avere la giusta viscosità.
cosmetico
Nel settore della bellezza e dei cosmetici, la misurazione della viscosità è un elemento chiave del controllo qualità.
Ad esempio, il balsamo per le labbra deve avere un'elevata viscosità per garantire che aderisca correttamente alla pelle e la protegga.
Gli spray per il corpo, d'altra parte, richiedono una bassa viscosità per fluire liberamente e in modo uniforme dai loro erogatori.
Laddove le aziende di cosmetici descrivono i prodotti come lussuosi, è più probabile che questi prodotti richiedano viscosità più elevate per rafforzare questa impressione.
È possibile utilizzare un viscosimetro capillare per testare la viscosità di molti composti cosmetici a base di olio e acqua perché sono fluidi newtoniani. Ma altri composti avranno proprietà non newtoniane e richiederanno test reologici.
Pertanto, è importante scegliere il viscosimetro o il reometro giusto in base alla portata delle proprie esigenze.
Come scegliere un viscosimetro?
Come abbiamo visto, viscosimetri e reometri hanno una vasta gamma di applicazioni.
Quali fattori dovrebbero essere considerati quando si sceglie uno strumento per misurare la viscosità?
Che tipo di viscosità devi misurare, viscosità assoluta, viscosità cinematica o entrambe?
Dove svolgerai il tuo lavoro, in un ambiente di laboratorio, in movimento o altrove?
Quanto è complesso o variabile il materiale che vuoi misurare?
In generale, i reometri sono più versatili e più costosi dei viscosimetri, ma i reometri misureranno fluidi non newtoniani.
Quando si tratta di tipi di viscosimetri e reometri, esiste un'ampia varietà di categorie di strumenti, tra cui:
Viscosimetro portatile portatile
Viscosimetro capillare in vetro
viscosimetro rotazionale
Reometri con cuscinetti a sfera e ad aria.
