Ei! Como fornecedor de viscosímetros, muitas vezes sou questionado sobre como medir a viscosidade de um líquido sob diferentes tensões de cisalhamento usando um viscosímetro. É um tema crucial, especialmente para indústrias como a alimentícia, cosmética e farmacêutica, onde as propriedades de fluxo dos líquidos podem impactar significativamente a qualidade do produto. Neste blog, orientarei você no processo passo a passo e compartilharei algumas dicas e truques ao longo do caminho.
O que é viscosidade e tensão de cisalhamento?
Antes de mergulharmos no processo de medição, vamos examinar rapidamente o que são viscosidade e tensão de cisalhamento. A viscosidade é uma medida da resistência de um fluido ao fluxo. Pense nisso como o quão “espesso” ou “fino” é um líquido. Por exemplo, o mel tem alta viscosidade porque flui lentamente, enquanto a água tem baixa viscosidade e flui facilmente.
A tensão de cisalhamento, por outro lado, é a força por unidade de área que faz com que um fluido se deforme ou flua. Quando você agita um líquido, você aplica tensão de cisalhamento a ele. A relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação resultante (taxa de cisalhamento) é o que determina a viscosidade de um fluido.
Por que medir a viscosidade sob diferentes tensões de cisalhamento?
Muitos líquidos, especialmente fluidos não newtonianos, têm viscosidades que mudam dependendo da tensão de cisalhamento aplicada. Os fluidos não newtonianos podem ser classificados em diferentes tipos, como cisalhamento - afinamento (a viscosidade diminui com o aumento da tensão de cisalhamento), cisalhamento - espessamento (a viscosidade aumenta com o aumento da tensão de cisalhamento) e viscoelástico (exibe propriedades elásticas e viscosas).
Medir a viscosidade sob diferentes tensões de cisalhamento nos ajuda a entender como um líquido se comportará em diferentes situações do mundo real. Por exemplo, num processo de fabrico onde um líquido é bombeado através de tubos ou misturado num tanque, a tensão de cisalhamento pode variar. Conhecendo a viscosidade em diferentes tensões de cisalhamento, podemos otimizar o processo e garantir uma qualidade consistente do produto.
Escolhendo o viscosímetro certo
Existem vários tipos de viscosímetros disponíveis, mas para medir a viscosidade sob diferentes tensões de cisalhamento, umViscosímetro Rotacionalmuitas vezes é a melhor escolha. Um viscosímetro rotacional funciona girando um fuso ou pêndulo no líquido e medindo o torque necessário para manter a rotação. O torque está relacionado à tensão de cisalhamento e a velocidade de rotação está relacionada à taxa de cisalhamento.
Ao escolher um viscosímetro rotacional, considere fatores como a faixa de viscosidades que você precisa medir, a precisão necessária e o tipo de amostras que você testará. Alguns viscosímetros também vêm com recursos adicionais, como controle de temperatura, o que pode ser importante, pois a viscosidade é altamente dependente da temperatura.
Configurando o viscosímetro
Depois de escolher o viscosímetro certo, é hora de configurá-lo. Aqui estão as etapas gerais:
- Calibração: Antes de utilizar o viscosímetro é imprescindível calibrá-lo. Isso garante que as medições sejam precisas. A maioria dos viscosímetros vem com fluidos de calibração de viscosidade conhecida. Siga as instruções do fabricante para realizar a calibração.
- Selecione o fuso: A escolha do fuso depende da viscosidade do líquido e da faixa de tensões de cisalhamento que você deseja aplicar. Para líquidos de alta viscosidade, um fuso maior pode ser necessário, enquanto para líquidos de baixa viscosidade, um fuso menor geralmente é suficiente.
- Prepare a amostra: Certifique-se de que a amostra esteja homogênea e na temperatura desejada. Se necessário, utilize um banho com temperatura controlada para manter a temperatura constante durante a medição.
- Instale o fuso: Instale cuidadosamente o fuso selecionado no viscosímetro. Certifique-se de que esteja devidamente alinhado e seguro.
Medição da viscosidade sob diferentes tensões de cisalhamento
Agora que o viscosímetro está configurado, você pode começar a medir a viscosidade sob diferentes tensões de cisalhamento. Veja como:
- Defina as condições iniciais: Defina a velocidade de rotação inicial do fuso. Isso determinará a taxa de cisalhamento inicial e a tensão de cisalhamento. Comece com uma velocidade baixa e aumente-a gradualmente.
- Faça medições: Assim que o fuso atingir uma rotação de estado estacionário, faça uma medição de viscosidade. A maioria dos viscosímetros exibe a viscosidade diretamente na tela. Registre o valor da viscosidade juntamente com a velocidade de rotação correspondente (taxa de cisalhamento) e a tensão de cisalhamento calculada.
- Alterar a tensão de cisalhamento: Aumente a velocidade de rotação do fuso para aplicar uma tensão de cisalhamento maior. Aguarde até que o sistema atinja um novo estado estacionário antes de fazer outra medição. Repita este processo para diversas velocidades de rotação diferentes para obter uma faixa de valores de viscosidade em diferentes tensões de cisalhamento.
Analisando os Resultados
Depois de fazer as medições, é hora de analisar os resultados. Trace um gráfico de viscosidade versus tensão de cisalhamento ou taxa de cisalhamento. Este gráfico, conhecido como curva de fluxo, pode fornecer informações valiosas sobre o comportamento do fluido.
- Fluidos Newtonianos: Para fluidos newtonianos, a viscosidade permanece constante independentemente da tensão de cisalhamento. A curva de fluxo será uma linha horizontal.
- Cisalhamento - Fluidos de Diluição: No caso de fluidos diluentes por cisalhamento, a viscosidade diminui à medida que a tensão de cisalhamento aumenta. A curva de fluxo mostrará uma inclinação descendente.
- Cisalhamento - Fluidos Espessantes: Fluidos espessantes de cisalhamento têm uma viscosidade crescente com o aumento da tensão de cisalhamento. A curva de fluxo terá uma inclinação ascendente.
Ao analisar a curva de fluxo, você pode determinar o tipo de fluido e suas propriedades de fluxo. Essas informações podem ser usadas para otimizar processos, formular produtos e solucionar quaisquer problemas relacionados ao fluxo.
Dicas e truques
Aqui estão algumas dicas para garantir medições de viscosidade precisas e confiáveis:
- Controle de temperatura: Como mencionado anteriormente, a viscosidade é altamente dependente da temperatura. Certifique-se de controlar a temperatura da amostra durante todo o processo de medição. Mesmo uma pequena mudança na temperatura pode afetar significativamente a viscosidade.
- Volume de amostra: Use o volume de amostra correto recomendado pelo fabricante do viscosímetro. Um volume de amostra insuficiente pode levar a medições imprecisas, especialmente se o fuso não estiver totalmente imerso no líquido.
- Limpeza: Após cada medição, limpe bem o eixo para remover qualquer amostra contaminada. Isso evita a contaminação cruzada e garante resultados precisos para a próxima medição.
- Múltiplas Medições: Faça múltiplas medições em cada tensão de cisalhamento para garantir consistência. Calcule o valor médio da viscosidade para reduzir o erro.
Conclusão
Medir a viscosidade de um líquido sob diferentes tensões de cisalhamento usando um viscosímetro é uma técnica valiosa para compreender as propriedades de fluxo de fluidos. Seguindo as etapas descritas neste blog, você pode obter medições de viscosidade precisas e confiáveis e obter insights sobre como o fluido se comportará em diferentes situações do mundo real.
Se você estiver procurando por um viscosímetro ou precisar de mais informações sobre medição de viscosidade, não hesite em entrar em contato. Estamos aqui para ajudá-lo a encontrar a solução certa para suas necessidades específicas. Quer você tenha um laboratório de pequena escala ou uma fábrica de grande escala, temos a experiência e os produtos para atender às suas necessidades de medição de viscosidade. Contate-nos hoje para iniciar uma discussão sobre aquisição e levar sua análise de fluidos para o próximo nível.
Referências
- ASTM D2196 - 18, Métodos de teste padrão para propriedades reológicas de materiais não newtonianos por viscosímetro rotacional.
- Barnes, HA, Hutton, JF e Walters, K. (1989). Uma introdução à reologia. Elsevier Ciência.