Mesuraviscositat cinemàtica(ν), definida com a viscositat dinàmica (μ) dividida per la densitat de fluids (ρ) (ν=μ / ρ), normalment implica el flux d’un fluid en gravetat a través d’un tub capil·lar de vidre calibrat. Els mètodes més comuns i normalitzats utilitzenViscometors capil·lars de vidre. A continuació, es mostra un desglossament del procés i els mètodes clau:
Mètode primari: Viscometria capil·lar (mètode de flux cronometrat)
Principi:El temps que triga a que un volum fix de fluid flueixi a través d’un tub capil·lar calibrat sota gravetat és directament proporcional a la seva viscositat cinemàtica.
Normes clau:ASTM D445, ISO 3104, IP 71.
Aparell:
Viscometer:Un tub de vidre fabricat precisament amb una secció capil·lar i bombetes específiques d’embassament. Els tipus comuns inclouen:
OSTWALD VISCOMETER:Disseny senzill, bo per a líquids transparents.
Ubbelohde Viscometer (nivell suspès):Té un dipòsit addicional ("Bulb C") assegurant que el cap de líquid és independent del volum carregat, cosa que el fa ideal per a un treball precís i una neteja més fàcil. Tipus més comú per a laboratoris moderns.
Rutina/opaca de canó-fenske:Modificat per a líquids opacs on el menisc és difícil de veure.
Fitzsimons Viscometer:Dissenyat per a líquids molt viscosos.
Bany de temperatura constant:Un bany altament estable (normalment dins de ± 0,01 graus o millor) ple amb un líquid transparent (aigua, oli o silicona) que envolta el viscometer. El control de la temperatura ésCrític(Temps comú: 25 graus, 40 graus, 100 graus).
Termòmetre:Termòmetre calibrat d’alta precisió.
Temporitzador:Temporitzador d’alta precisió (precisió ± 0,1 segons o millor).
Equips de neteja i assecat:Solvents, forns d’assecat, línies de buit.
Procediment:
Net i sec:Netegeu i assequeu bé el viscometer mitjançant dissolvents i mètodes adequats (assecat al forn, buit).
Càrrec:Introduïu el volum exacte de la mostra de fluids al dipòsit de viscometer (normalment a través de la pipeta a la bombeta A per a Ubbelohde).
Equilibrar:Munteu el viscometer verticalment al bany de temperatura constant. Deixeu el temps suficient (sovint 30+ minuts) perquè la mostra arribi a la temperatura del bany precisa.
Mesureu el temps de flux:
Per a Ubbelohde: apliqueu succió (o pressió) per dibuixar la mostra per sobre de la marca de sincronització superior a la bombeta B. Allibereu la succió/pressió.
Deixeu que la mostra flueixi lliurement cap avall a través del capil·lar sota gravetat.
Inicieu el temporitzador precisament a mesura que el menisc passa la marca superior.
Atureu el temporitzador precisament a mesura que el menisc passa la marca més baixa.
Registra el temps de flux (T) en segons. Repetiu diverses vegades (per exemple, 4 tirades) assegurant que els resultats es puguin repetir dins de les especificacions (per exemple, ASTM requereix que s’executin un 0,1% relatiu).
Calculeu la viscositat cinemàtica:
ν = C * t
ν=viscositat cinemàtica (mm²/s o cst, on 1 cst=1 mm²/s)
C=Constant viscometer (constant de calibració, unitats mm²/s²)
T=temps de flux mitjà (segons)
Factors i consideracions importants:
Temperatura:La viscositat depèn de la temperatura. El control de temperatura precís i estable no és negociable.
Constant de calibració de viscometer (C):Cada viscometer es calibra exclusivament amb líquids de viscositat coneguda (olis de referència estàndard traçables a NIST o laboratoris nacionals similars). C està determinat per: c=ν_standard / t_standard. La calibració s’ha de fer a la mateixa temperatura i utilitzar el mateix procediment que la mesura de la mostra.
Neteja:Qualsevol residu o contaminació al capil·lar afecta dràsticament el temps de flux.
Alineació vertical:El Viscometer ha de ser perfectament vertical.
Marques de sincronització:El menisc s’ha de llegir amb precisió a les marques.
Gamma cinemàtica:Diferents tipus de viscometer i mides capil·lars cobreixen diferents intervals de viscositat. Trieu el viscometer adequat de manera que el temps de flux estigui dins del rang òptim (normalment 200-1000 segons, tot i que els estàndards sovint permeten 150-1000s).
Bombolles:Les bombolles d’aire atrapades al capil·lar o a les bombetes causaran errors importants.
Mètodes alternatius/relacionats:
Conversió de viscositat dinàmica:
Mesureu la viscositat dinàmica (μ) mitjançant un mètode com un viscometer rotatiu (per exemple, Brookfield) que aplica tensió de cisalla.
Mesureu la densitat de fluids (ρ) mitjançant un picnòmetre o un mesurador de densitat digital.
Calculeu la viscositat cinemàtica: ν=μ / ρ.
Viscometers automatitzats:Els instruments moderns automatitzen el mètode capil·lar. Controlen precisament la temperatura, detecten el menisc (sovint òpticament), el temps en el flux, calculen la viscositat i fins i tot poden netejar el visual entre mostres. Segueixen el mateix principi fonamental, però ofereixen un alt rendiment i un error de l’operador reduït.
Viscometer de la caiguda de l'esfera:Mesura el temps que triga a que una esfera de densitat i diàmetre conegudes caigui una distància fixa a través del fluid en un tub sota gravetat. Mesura principalment la viscositat dinàmica (mitjançant la llei de Stokes), però es pot calcular la viscositat cinemàtica si es coneix la densitat. Menys comú per a la mesura de viscositat cinemàtica estàndard en comparació amb els mètodes capil·lars.
En resum:
ElMètode estàndard, primariper mesurar la viscositat cinemàtica implica utilitzar unViscometer capil·lar de vidre calibrat(com un ubbelohde) immers en unbany de temperatura constant altament estable, mesurant precisament eltempsEs necessita un volum fix del fluid per fluir entre dues marques sota gravetat i multiplicar aquesta vegada pel viscometerconstant de calibració. L’adherència estricta als procediments descrits en els estàndards (ASTM D445, ISO 3104) i l’atenció minuciosa a la neteja, el control de la temperatura i la precisió de la sincronització són essencials per obtenir resultats fiables.