Viscosímetro

Fundamentos de Reologia Rotacional e Viscosidade

Os viscosímetros determinam a espessura do fluido colocando uma amostra sob cisalhamento mecânico controlado e registrando a resistência resultante.

Viscosidade dinâmica (η) = Tensão de cisalhamento (τ) / Taxa de cisalhamento (γ̇)

       Força Rotacional Aplicada (F) ----------------> +-------------------------------------------------------+ Fronteira Móvel (Velocidade v) | Camadas de Fluido Deslizando em Cisalhamento (Gradiente dv/dy) | +-------------------------------------------------------+ Altura da Lacuna na Fronteira Estacionária (v = 0) (y)

• Tensão de cisalhamento (τ = F / A): A força de atrito aplicada por unidade de área de contato paralela ao movimento do fluido, expressa em Pascals (Pa) ou N/m².
• Taxa de cisalhamento (γ̇ = dv / dy): O gradiente de velocidade através da fenda de cisalhamento, expresso em segundos recíprocos (s¹).
• Viscosidade dinâmica (η): A relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento, quantificada em Centipoise (cP) ou Pascal-segundos (Pa·s), onde 1 mPa·s = 1 cP = 10³ Pa·s.
• Viscosidade cinemática (ν = η / ρ): Resistência ao fluxo gravitacional relativa à densidade do fluido (ρ), expressa em centistokes (cSt) ou mm²/s.

Viscosimetria Rotacional Digital (Família ViscoQT)

Os sistemas rotacionais digitais calculam a viscosidade dinâmica girando um fuso de imersão dentro de uma amostra de fluido a uma velocidade regulada, medindo o arrasto do fluido que se opõe ao eixo de acionamento.

       [Transdutor de Torque Digital / Mola do Sensor Calibrado] | v [Motor de Passo (Velocidades Variáveis ​​Contínuas: 0.1 a 250 RPM)] | v +------------------------------------+ | Eixo Rotativo | | (O arrasto do fluido cria um contratorque) | +------------------------------------+ |~~~~~~~~~~~~ Amostra de Teste ~~~~~~~~~~~|

Princípio do fluxo de Couette

Operando com base na mecânica do fluxo de Couette entre limites concêntricos, a viscosidade dinâmica (η) é calculada através da equação de Margules:

η = [ M / (4 π L Ω) ] × [ (1 / R _i ²) - (1 / R _o ²) ]

Onde M é o torque de retardo medido, Ω é a velocidade angular em rad/s, L é o comprimento efetivo do eixo, e R _i e R _o representam os raios do eixo e do recipiente.

Especificações de operação do ViscoQT

A família de analisadores digitais ViscoQT é compatível com conjuntos de rotores intercambiáveis ​​(conjuntos LV para líquidos de baixa viscosidade; conjuntos RV, HA e HB para formulações densas):

• Faixa de viscosidade: 5 mPa·s até 320,000,000 mPa·s (320M cP).
• Faixa de velocidade de rotação: 0.1 a 250 RPM (seleção contínua dependente do modelo).
• Precisão de medição: ±1.0% da escala completa.
• Repetibilidade: ±0.5% da escala completa.
• Padrões de teste: ASTM D2196, ISO 2555, ISO 3219.

Viscosimetria com leitura por mostrador (ViscoQT DR-100)

Para verificação em oficina e testes de rotina em bancada, onde interfaces digitais são desnecessárias, instrumentos analógicos de mostrador calculam o arrasto do fluido por meio da deflexão direta da mola mecânica.

       [Ponteiro Mecânico / Escala de Mostrador Calibrada] | v [Transmissão por Engrenagens Multivelocidade (6 / 12 / 30 / 60 rpm)] | v +--------------------------------------------+ | Rotores Cilíndricos Selecionáveis ​​(Nº 1–4) | +--------------------------------------------+

Princípio da Deflexão Mecânica

O ViscoQT DR-100 aciona rotores de imersão intercambiáveis ​​(Rotores nº 1 a 4) através de um trem de engrenagens de passo fixo. A resistência do fluido torce uma mola interna de berílio-cobre, movendo um ponteiro ao longo de uma escala calibrada no mostrador.

• Faixa de viscosidade: 10 a 100,000 mPa·s (cP).
• Velocidades selecionáveis: 6, 12, 30 e 60 rpm.
• Precisão: ±5.0% da escala completa para padrões newtonianos.
• Aplicações Alvo: A oficina realiza verificações de óleos minerais, tintas, adesivos e vernizes.

Método de cone e placa de alto cisalhamento (Série QualiCAP™)

Os viscosímetros de cone e placa avaliam o fluxo de fluidos sob condições de cisalhamento elevadas, simulando processos de aplicação como revestimento com rolo, pincelamento e atomização por pulverização.

                 \ Eixo de cone invertido (ângulo θ ≤ 2°) / \ / \ / -------+---------------------------------+------- ================================================== Placa térmica plana de equilíbrio rápido

Geometria de taxa de cisalhamento uniforme

Um cone metálico raso (θ ≤ 2°) gira sobre uma placa plana com temperatura controlada, contendo uma microamostra com volume inferior a 1 mL. Como a folga entre os eletrodos aumenta proporcionalmente à distância do ápice central, a taxa de cisalhamento permanece uniforme em toda a área da amostra.

Taxa de cisalhamento (γ̇) = Ω / θ

A viscosidade dinâmica (η) é derivada do torque medido ( M ) e do raio do cone ( R ):

η = (3 M θ) / (2 π R³ Ω)

Especificações operacionais do QualiCAP™

• Faixa de viscosidade: Até 1,500,000 mPa·s (dependendo do fuso do cone).
• Faixa de velocidade: Ajuste contínuo de 5 a 1,000 RPM.
• Precisão de medição: <2.0% da escala completa.
• Volume da amostra: Microamostras com volume inferior a 1 mL e rápida estabilização da temperatura.
• Padrões de teste: ASTM D4287, ISO 2884-1, BS 3900.

Método de consistência de Krebs-Stormer (Série KS)

O método de Krebs-Stormer é o formato de teste padrão para tintas arquitetônicas, revestimentos e tintas de impressão.

                  Acionamento por motor síncrono (travado em 200 rpm) | v +--------------------+ | Rotor de pás deslocado | +--------------------+ |~~~~ Amostra de pintura ~~|

Conversão de torque de velocidade fixa

O viscosímetro Krebs Stormer da série KS gira um rotor de pás padronizado a uma velocidade regulada de 200 rpm ± 0.1 rpm (ASTM D562). A resistência do motor é convertida diretamente em três métricas industriais padrão:

• Unidades de Krebs (KU): 40.2 a 141.0 KU (escala de consistência da indústria de revestimentos).
• Viscosidade dinamica: 27 a 5,250 cP (mPa·s).
• Carga em gramas: 32 a 1099 g (valor equivalente ao peso de condução).
• Precisão e repetibilidade: ±1.0% da escala completa com repetibilidade de ±0.5%.
• Teste padrão: ASTM D562.

Caracterização de fluxo não-newtoniano

Os viscosímetros rotacionais e de cone e placa caracterizam como as formulações fluidas respondem sob taxas de cisalhamento variáveis ​​e agitação mecânica:

       Tensão de cisalhamento (τ) vs. Taxa de cisalhamento (γ̇) Viscosidade aparente (η) vs. Taxa de cisalhamento (γ̇) τ | / Plástico de Bingham (Ponto de Escoamento τ0) η | \ | / | \ Espessamento por cisalhamento (Dilatante) | / / Dilatante | \----------------- Newtoniano (Constante) | / / | \ | / /-- Newtoniano | \ Afinamento por cisalhamento (Pseudoplástico) |/ / | \ +------------------------ γ̇ +------------------------- γ̇

• Fluidos Newtonianos: A viscosidade permanece constante em todas as velocidades de rotação (água, óleos padrão de calibração, solventes puros).
• Pseudoplástico (Afinamento por Cisalhamento): A viscosidade diminui com o aumento da velocidade de rotação (revestimentos, loções, soluções de polímeros). Regida pela formulação de Ostwald-de Waele: 
  τ = K · γ̇ⁿ (onde n < 1)
• Dilatante (Espessamento por Cisalhamento): A viscosidade aumenta sob agitação elevada (suspensões minerais densas, suspensões de amido, onde n > 1).
• Bingham Plastics: Os materiais requerem uma tensão de escoamento limite (τ)₀) antes do início da deformação (fluidos de perfuração, pastas de dente, graxas). Regido pela formulação de Herschel-Bulkley: 
  τ = τ₀ + K · γ̇ⁿ
• Materiais tixotrópicos: A viscosidade diminui ao longo do tempo sob rotação contínua do fuso, reconstruindo sua estrutura assim que a agitação cessa.

Especificações do produto e matriz de conformidade