Viscosimetro

TEMA 5. Técnicas reométricas.
5.1. Introducción. 5.2. Viscosímetros capilares 5.3. Viscosímetros de cuerpo móvil. 5.4. Viscosímetros rotacionales. 5.5. Viscosimetría extensional.

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5.1. INTRODUCCIÓN.

Para estudiar las propiedades de flujo de un fluido dado debe seleccionarse un viscosímetro adecuado; en el mercado existe una gran diversidad de aparatos que pueden adecuarse a nuestrasnecesidades, y en casos muy raros es necesario diseñar y construir uno. La mayoría de los viscosímetros que hay en el mercado dan un único valor de viscosidad (trabajan a una única velocidad de cizalla) lo cual es útil si el fluido es newtoniano pero puede dar lugar a sacar conclusiones erróneas si es un fluido no newtoniano. Por ejemplo en la figura 5.1. se muestra un caso hipotético de laviscosidad que se podría observar al tomar una única medida; si se midiera la velocidad de cizalla en X se afirmaría que A es más viscoso que B, en Y se diría que A y B son igual de viscosos y en Z se diría que B es más viscoso que Z.

Figura 5.1. Viscosidad frente a velocidad de cizalla para dos fluidos con diferente comportamiento. (Fuente: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley& Sons, 2001).

En este punto podríamos tener la duda de ¿En qué condiciones tengo que medir la viscosidad? Si se trata de un fluido no newtoniano siempre deberíamos intentar medir la viscosidad a un velocidad de cizalla lo más parecida a las condiciones a las que se va a someter el fluido. Al margen de lo dicho, lo más aconsejable es siempre intentar obtener la curva de flujo cuando estemosestudiando un fluido no newtoniano, lo cual presenta el inconveniente de que los instrumentos necesarios son más caros.

Los instrumentos más ampliamente usados en la medida de viscosidades se pueden dividir en tres tipos: capilares, rotacionales y de cuerpo móvil. La elección del tipo de viscosímetro es una función de las necesidades y del dinero disponible.

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5.2. VISCOSÍMETROS CAPILARES.El viscosímetro capilar es quizá el instrumento para la determinación de viscosidad más empleado, y también el más antiguo. En este tipo de viscosímetros un fluido es obligado a pasar a través de un tubo observándose una distribución de velocidades en el tubo de tipo parabólico, de forma que la porción del fluido que está en contacto con la paredes del capilar tiene una velocidad nula y laporción del fluido que se encuentra en el centro del tubo tiene una velocidad máxima (figura 5.2).

Figura 5.2. Flujo de Poiseuille en el interior de un tubo.

En este tipo de viscosímetros la viscosidad se mide a partir del flujo medio y la presión aplicada. La ecuación básica es la ecuación de Hagen-Poiseuille (ecuación 5.1), donde η es la viscosidad del fluido, ΔP es la caída de presión a lolargo del capilar, r es el radio del capilar, L la longitud del capilar y V el volumen de fluido que ha circulado en un tiempo t: Π r 4 ΔP t η= 8VL (5.1)

La velocidad de cizalla producida en la pared del viscosímetro va desde Qπ 4r 3 en el centro del tubo hasta 0 en las paredes del mismo; de la misma forma, el esfuerzo de cizalla varía desde 0 en el centro del capilar hasta rΔP 2 L en la pareddel mismo.

Para un determinado viscosímetro, donde se produce en todos los experimentos una caída de presión semejante, la ecuación 5.1 se convierte en: η = K t (5.2) o en :
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ν=

η = C t (5.3) ρ

donde K y C son constantes características del viscosímetro y ν es la viscosidad cinemática del fluido.

Los viscosímetros capilares son útiles para la medida de viscosidades de un grannúmero de fluidos, desde disoluciones de polímeros hasta polímeros fundidos, concretamente las normas ASTM D3835 y D5099 describen procedimientos experimentales para el uso de reómetros capilares en la medida de propiedades reológicas de polímeros. Los perfiles de velocidades de cizalla producidos en el capilar dependen en gran medida del viscosímetro empleado.

5.2.1. Viscosímetros capilares de...