EQUIPOS Y PROCEDIMIENTOS PARA MEDIR VISCOSIDAD

Viscosímetro de tamborRotatorio

El aparato que aparece en la figura 2.4(a) mide la viscosidad por medio de la definición de viscosidad dinámica que se da en la ecuación (2-2), y que puede escribirse

r\ = r / ( Av /Ay )

El recipiente exterior se mantiene estático mientras que el motor acoplado al medidor hace girar el tambor rotatorio. El espacio Ay entre el tambor rotatorio y el recipiente es pequeño. La parte del fluido que está en contacto con este es estacionaria, mientas que el fluido en contacto con la superficie del tambor interior se mueve a una velocidad similar a dicha superficie. Por tanto, en el fluido se establece un gradiente de velocidad conocido Ar/Av. La viscosidad del fluido ocasiona en el un esfuerzo cortante t que ejerce un torque de arrastre sobre el tambor rotatorio. El medidor detecta el arrastre e indica la viscosidad directamente en la pantalla analógica. Damos especial énfasis al fluido en contacto con la parte inferior del tambor, porque su velocidad varía desde cero, en el centro, al valor más elevado, en el diámetro externo. Los distintos modelos del aparato de prueba disponible en el comercio [ver la figura 2.4 (b)) y los rotores diferentes para cada uno, permiten la medición de un rango amplio de viscosidades, desde2.0 a 4.0 X 10* mPa-s o 400 Pa*s. Este probador se usa para fluidos muy variados:

\ iscosimetro de tubo capilar

queno llamado tubo capilar. Conforme el fluido pasa por el tubo a velocidad constante, el sistema pierde alguna energia, lo que ocasiona una caida de presion que se mide por medio de manometros. La magnitud de la caida de presion se relaciona con la viscosidad del fluido en la ecuacion siguiente (Desarrollada en el capítulo 8):

Donde D es el diametro interior del tubo, v la velocidad del fluido.y L la longitud del tubo entre los puntos 1 y 2, en los que se mide la presion.

Viscosimetros de vidrio capilar estandar calibrados

Los estándares ASTM D 445 y D 446 (vea las referencias 1 viscosímetros de vidrio capilar estándar, para medir la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos. Las figuras 2.6 y 2.7 muestran 2 de los 17 tipos de viscosímetros estudiados en dichos estándares. La figura 2.8 ilustra un baño (disponible comercialmente) para guardar los tubos y mantener las temperaturas de prueba dentro de 0.01 °C (0.02 °F) durante el proceso de bañado. (Consulte los sitios de Internet 2 y 5.)

Al preparar la prueba de viscosidad, el tubo del viscosímetro se carga con una cantidad específica de fluido de prueba.

Después de estabilizar la temperatura de prueba, se aplica una succión para hacer pasar el Huido por el bulbo, ligeramente por arriba de la marca superior del tiempo. Se suspende la succión y se permite que el fluido circule por gravedad. La sección de trabajo del tubo e s la capilar por debajo de la marca inferior del tiempo. Se registra el tiempo requerido para que e l borde superior del menisco pase de la marca superior del tiempo a la inferior. La viscosidad cinemática se calcula con la multiplicación del tiempo de flujo por la constante de calibración del viscosímetro, la cual suministra el fabricante de este. La unidad de viscosidad empleada para estas pruebas es el centistoke (cSt), equivalente a mm2/s . Este valor debe multiplicarse por 10~6 para obtener la unidad estándar en m“del SI, la cual se emplea en este libro para hacer los cálculos.

Viscosímetro de bola que cae

Conforme un cuerpo cae en un fluido solamente bajo la influencia de la gravedad acelerara hasta que la fuerza hacia abajo (su peso) quede equilibrada con la fuerza de flotación y la de arrastre viscoso que actúan hacia arriba. La velocidad que alcanza en ese tiempo se denomina velocidad terminal. El viscosímetro de bola que cae hace uso de este principio para ocasionar que una bola esférica tenga una caída libre a través del fluido, y se mida el tiempo que requiere para recorrer una distancia conocida. Así, es posible calcular la velocidad. En la figura 2.1 0 se muestra un diagrama de cuerpo libre de la bola, donde ver es el peso de la bola. Fh la fuerza flotación y Fd la fuerza de arrastre viscoso sobre la bola. Cuando alcanza su velocidad terminal, la bola está en equilibrio. Por tanto, se tiene

w ~ Fh - Fd = 0.

Viscosímetro de Saybolt Universal

La facilidad con que un fluido pasa por un orificio de diámetro pequeño es un indicador de su viscosidad. Este es el principio en que se basa el viscosímetro de Saybolt. La muestra de fluido se coloca en un aparato similar al que se ilustra en la figura 2.11 (a). Después de que se establece el flujo se mide el tiempo que se requiere para reunir 60 mil del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en segundosUniversal (SUS). Los resultados son relativos, debido a que la medida no se basa en la definición fundamental de la viscosidad. Sin embargo, sirven para compararlas viscosidades de fluidos diferentes. La ventaja de este procedimiento es su sencillez, además de que no requiere equipo complejo, relativamente. Las figuras (b) y (c) ilustran un viscosímetro de Saybolt, disponible comercialmente, y el matraz de 60 wJ que se usa para recabar la muestra. (Consulte el sitio de Internet 10.)

El uso del viscosímetro de Saybolt lo avala el estándar ASTM D 88 (vea la referencia 10). Sin embargo, dicho estándar recomienda que se utilicen otros métodos para medir la viscosidad, como los mencionados en las referencias 1 y 2, las cuales describen el empleo de viscosímetros capilares de vidrio. Además, se recomienda que la viscosidad cinemática se reporte en la unidad del SI apropiada, mm~/s. El estándar ASTM 2161 (vea la referencia 11) describe los métodos de conversión preferibles entre las mediciones de la viscosidad en SUS y la viscosidad cinemática en mm2/s En la figura se muestra la gráfica de los SUS versus la viscosidad cinemática r en mm2/s para un fluido con temperatura de 100 °F. Por arriba de i- = 75 m n r /s la curva se hace recta, y tiene la ecuación

SUS = 4.632p <2' W