O Viscosímetros Rotatório

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Fenômenos de Superfície - Departamento de Físico-Química

Viscosímetro rotativo é um equipamento acompanhado por um rotor (“spindler”), Figura 1, utilizado para determinar a viscosidade de fluidos. A medida é feita quando esse rotor é imerso na amostra e começa a girar, o equipamento então processa a quantidade extra de torque que necessita ser feita, devido a resistência viscosa da amostra, para que a sua velocidade rotacional permaneça constante. O valor é convertido para centipoise (cp) e mostrado no leitor.

[pic 1]

Figura 1: Viscosímetro rotativo

Existem três tipos de viscosímetros rotativos:

• Cilindros cocêntricos:
• Cone rotativo:
• Placas paralelas:

A grande vantagem da utilização do viscosímetro rotativo para a medida de viscosidade é a possibilidade de determinação da viscosidade de fluidos não-newtonianos, ou seja, os que possuem um comportamento de tensão vs deformação não linear ou até mesmo visco-elástico. Pode-se, ainda, levar em consideração que os viscosímetros de cone e de disco necessitam de menores volumes de amostra para realizar a análise, adaptando-se melhor a diferentes tipos de ensaios. Além disso, a faixa operacional desses viscosímetros é maior que a faixa dos outros tipos disponíveis.

Tipos de viscosímetros rotativos:

-Cilindros concêntricos:

Esse tipo de viscosímetro rotativo é baseado em um par de cilindros que possuem o mesmo centro, onde enquanto um cilindro está girando o outro mantém-se imóvel, sendo assim, a tensão de cisalhamento é relacionada com o torque necessário para manter o rotor a uma certa velocidade, o qual, por sua vez, é uma medida da taxa de deformação. Dessa forma, pode-se organizar uma equação para a seguinte situação: um cilindro externo fixo de raio R (em m), um cilindro interno móvel com raio r (em m), um torque M aplicado (em N/m) e um comprimento L dos cilindros (em m), observa-se uma distribuição de tensão de cisalhamento () ao longo do raio do espaço entre os cilindros assim:[pic 2]

[pic 3]

Contudo, quando o espaçamento entre os cilindros é suficientemente pequeno, a ponto de ser bem menor que o raio dos cilindros, tal curvatura pode ser desconsiderada e pode-se considerar o sistema como chapas paralelas, obtendo a seguinte relação:

[pic 4]

Sendo = velocidade angular (em ) e  = taxa de cisalhamento, também chamado de grau de deformação.[pic 5][pic 6][pic 7]

Imagem de um viscosímetro de cilindros concêntricos:

[pic 8]

-Cone rotativo:

O viscosímetro a partir de um cone rotativo opera da seguinte forma: baseia-se no conjunto de uma placa circular plana imóvel e um cone que realiza uma rotação de certa velocidade, sendo bem similar a forma que os cilindros concêntricos funcionam, porém com uma maior precisão, visto que pode-se considerar a distância entre a placa e o cone rotativo como zero, dessa forma a taxa de deformação é sempre a mesma (constante) ao analisar-se um líquido que escoa entre a placa e o cone. Entretanto, há uma exigência para trabalhar com esse tipo de viscosímetro: o ângulo do cone utilizado não pode ser maior que 4 graus. Esse modelo é um dos mais utilizados no estudo de fluidos não-newtonianos, o qual é ideal para medir comportamento reológico desses fluidos a altas taxas de deformação, contudo, pode ocorrer um grande aumento de temperatura graças ao atrito. Dessa forma, considerando que o ângulo do cone seja suficientemente pequeno (menor que 4 graus), observa-se as seguinte equações para a tensão de cisalhamento () e taxa de deformação ():[pic 9][pic 10]