Ehilà! In qualità di fornitore di viscosimetri, spesso mi viene chiesto come misurare la viscosità di un liquido sottoposto a diverse sollecitazioni di taglio utilizzando un viscosimetro. Si tratta di un argomento cruciale, soprattutto per settori come quello alimentare, cosmetico e farmaceutico, dove le proprietà di flusso dei liquidi possono avere un impatto significativo sulla qualità del prodotto. In questo blog ti guiderò attraverso il processo passo dopo passo e condividerò alcuni suggerimenti e trucchi lungo il percorso.
Cos'è la viscosità e lo sforzo di taglio?
Prima di immergerci nel processo di misurazione, esaminiamo rapidamente cosa sono la viscosità e lo stress di taglio. La viscosità è una misura della resistenza di un fluido al flusso. Pensa a quanto è "spesso" o "sottile" un liquido. Ad esempio, il miele ha una viscosità elevata perché scorre lentamente, mentre l'acqua ha una viscosità bassa e scorre facilmente.
Lo stress di taglio, d'altra parte, è la forza per unità di area che provoca la deformazione o lo scorrimento di un fluido. Quando mescoli un liquido, gli stai applicando uno stress di taglio. La relazione tra lo sforzo di taglio e la velocità di deformazione risultante (velocità di taglio) è ciò che determina la viscosità di un fluido.
Perché misurare la viscosità sotto diverse sollecitazioni di taglio?
Molti liquidi, soprattutto quelli non newtoniani, hanno viscosità che cambiano a seconda dello sforzo di taglio applicato. I fluidi non newtoniani possono essere classificati in diversi tipi, come assottigliamento al taglio (la viscosità diminuisce con l'aumento dello stress di taglio), ispessimento al taglio (la viscosità aumenta con l'aumento dello stress di taglio) e viscoelastico (presentano proprietà sia elastiche che viscose).
Misurare la viscosità sotto diverse sollecitazioni di taglio ci aiuta a capire come si comporterà un liquido in diverse situazioni del mondo reale. Ad esempio, in un processo produttivo in cui un liquido viene pompato attraverso tubi o miscelato in un serbatoio, la sollecitazione di taglio può variare. Conoscendo la viscosità a diverse sollecitazioni di taglio, possiamo ottimizzare il processo e garantire una qualità del prodotto costante.
Scegliere il viscosimetro giusto
Sono disponibili diversi tipi di viscosimetri, ma per misurare la viscosità sotto diverse sollecitazioni di taglio, aViscosimetro rotazionalespesso è la scelta migliore. Un viscosimetro rotazionale funziona ruotando un mandrino o un peso nel liquido e misurando la coppia richiesta per mantenere la rotazione. La coppia è correlata allo sforzo di taglio e la velocità di rotazione è correlata alla velocità di taglio.
Quando scegli un viscosimetro rotazionale, considera fattori come l'intervallo di viscosità che devi misurare, la precisione richiesta e il tipo di campioni da analizzare. Alcuni viscosimetri sono dotati anche di funzionalità aggiuntive come il controllo della temperatura, che può essere importante poiché la viscosità dipende fortemente dalla temperatura.
Impostazione del viscosimetro
Una volta scelto il viscosimetro giusto, è il momento di configurarlo. Ecco i passaggi generali:
- Calibrazione: Prima di utilizzare il viscosimetro è indispensabile calibrarlo. Ciò garantisce che le misurazioni siano accurate. La maggior parte dei viscosimetri vengono forniti con fluidi di calibrazione di viscosità nota. Seguire le istruzioni del produttore per eseguire la calibrazione.
- Seleziona il mandrino: La scelta del mandrino dipende dalla viscosità del liquido e dall'intervallo di sollecitazioni di taglio che si desidera applicare. Per i liquidi ad alta viscosità può essere necessario un mandrino più grande, mentre per i liquidi a bassa viscosità solitamente è sufficiente un mandrino più piccolo.
- Preparare il campione: Assicurarsi che il campione sia omogeneo e alla temperatura desiderata. Se necessario, utilizzare un bagno a temperatura controllata per mantenere una temperatura costante durante la misurazione.
- Installare il mandrino: Installare con attenzione l'alberino selezionato sul viscosimetro. Assicurati che sia correttamente allineato e fissato.
Misurazione della viscosità sotto diverse sollecitazioni di taglio
Ora che il viscosimetro è impostato, puoi iniziare a misurare la viscosità sotto diverse sollecitazioni di taglio. Ecco come:
- Impostare le condizioni iniziali: Imposta la velocità di rotazione iniziale del mandrino. Ciò determinerà la velocità di taglio iniziale e lo stress di taglio. Iniziare con una velocità bassa e aumentarla gradualmente gradualmente.
- Prendi le misure: Una volta che il mandrino ha raggiunto una rotazione stabile, effettuare una misurazione della viscosità. La maggior parte dei viscosimetri visualizzerà la viscosità direttamente sullo schermo. Registrare il valore di viscosità insieme alla corrispondente velocità di rotazione (velocità di taglio) e allo stress di taglio calcolato.
- Modificare lo sforzo di taglio: Aumentare la velocità di rotazione del mandrino per applicare uno sforzo di taglio maggiore. Attendere che il sistema raggiunga un nuovo stato stazionario prima di effettuare un'altra misurazione. Ripetere questo processo per diverse velocità di rotazione per ottenere un intervallo di valori di viscosità a diverse sollecitazioni di taglio.
Analisi dei risultati
Dopo aver effettuato le misurazioni, è il momento di analizzare i risultati. Traccia un grafico della viscosità rispetto allo sforzo di taglio o alla velocità di taglio. Questo grafico, noto come curva di flusso, può fornire preziose informazioni sul comportamento del fluido.
- Fluidi newtoniani: Per i fluidi newtoniani, la viscosità rimane costante indipendentemente dallo sforzo di taglio. La curva di flusso sarà una linea orizzontale.
- Taglio - Fluidi diluenti: Nel caso dei fluidi diluenti al taglio, la viscosità diminuisce all'aumentare dello sforzo di taglio. La curva di flusso mostrerà una pendenza verso il basso.
- Taglio - Fluidi addensanti: I fluidi ispessenti al taglio hanno una viscosità crescente con l'aumento dello stress di taglio. La curva di flusso avrà una pendenza positiva.
Analizzando la curva di flusso, è possibile determinare il tipo di fluido e le sue proprietà di flusso. Queste informazioni possono essere utilizzate per ottimizzare i processi, formulare prodotti e risolvere eventuali problemi relativi al flusso.
Suggerimenti e trucchi
Ecco alcuni suggerimenti per garantire misurazioni della viscosità accurate e affidabili:
- Controllo della temperatura: Come accennato in precedenza, la viscosità dipende fortemente dalla temperatura. Assicurarsi di controllare la temperatura del campione durante tutto il processo di misurazione. Anche un piccolo cambiamento di temperatura può influenzare significativamente la viscosità.
- Volume del campione: Utilizzare il volume di campione corretto consigliato dal produttore del viscosimetro. Un volume di campione insufficiente può portare a misurazioni imprecise, soprattutto se il mandrino non è completamente immerso nel liquido.
- Pulizia: Dopo ogni misurazione, pulire accuratamente il mandrino per rimuovere eventuali campioni prelevati. Ciò impedisce la contaminazione incrociata e garantisce risultati accurati per la misurazione successiva.
- Misure multiple: Effettuare misurazioni multiple ad ogni sollecitazione di taglio per garantire la coerenza. Calcolare il valore medio della viscosità per ridurre l'errore.
Conclusione
Misurare la viscosità di un liquido sottoposto a diverse sollecitazioni di taglio utilizzando un viscosimetro è una tecnica preziosa per comprendere le proprietà di flusso dei fluidi. Seguendo i passaggi descritti in questo blog, è possibile ottenere misurazioni della viscosità accurate e affidabili e ottenere informazioni dettagliate su come si comporterà il fluido in diverse situazioni del mondo reale.
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Riferimenti
- ASTM D2196 - 18, Metodi di prova standard per le proprietà reologiche dei materiali non newtoniani mediante viscosimetro rotazionale.
- Barnes, HA, Hutton, JF e Walters, K. (1989). Un'introduzione alla reologia. Elsevier Science.