1. Configuración:
* Dos cilindros concéntricos: El cilindro interno está suspendido dentro del cilindro exterior, con un pequeño espacio entre ellos lleno de líquido que se está probando.
* Sensor de motor y par: El cilindro interno está conectado a un motor que lo gira a una velocidad controlada. Un sensor de par mide la fuerza requerida para mantener esta rotación.
2. Principio de operación:
* flujo fluido: A medida que el cilindro interno gira, arrastra el fluido en el espacio junto con él. Esto crea un gradiente de velocidad a través de la brecha, lo que resulta en estrés cortante.
* Tensión de corte y velocidad de corte: El esfuerzo cortante (τ) es proporcional al par (t) aplicado al cilindro interno e inversamente proporcional al radio del cilindro (r) y la altura (h)::
* τ =(2t) / (πr²h)
* fluidos newtonianos: Para los fluidos newtonianos, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de corte (γ̇). Esta relación se define por la viscosidad del fluido (μ):
* τ =μγ̇
* fluidos no newtonianos: Para los fluidos no newtonianos, esta relación es más compleja y puede representarse por una curva de flujo, lo que traza el estrés por cizallamiento contra la velocidad de corte.
3. Medición de la velocidad de corte:
* Velocidad angular: La velocidad del motor se usa para calcular la velocidad angular (Ω) del cilindro interno.
* Cálculo de la velocidad de corte: La velocidad de corte (γ̇) se calcula en función de la velocidad angular y el ancho de la brecha (d) entre los cilindros:
* γ̇ =(ωr) / D
* Curva de flujo: Al variar la velocidad del motor y registrar el par correspondiente, se puede obtener un rango de tasas de corte y tensiones de corte, lo que permite la creación de una curva de flujo para el fluido.
4. Ventajas de viscómetros de cilindro concéntricos:
* Rango de tasa de cizallamiento amplio: Puede medir las tasas de corte en una amplia gama, de baja a alta.
* Medidas precisas: Proporciona mediciones relativamente precisas de viscosidad.
* versátil: Se puede utilizar para una variedad de tipos de fluidos, incluidos los fluidos newtonianos y no newtonianos.
* Control de temperatura: Permite mediciones de temperatura controladas.
5. Limitaciones:
* Efectos finales: El flujo cerca de los extremos de los cilindros puede afectar las mediciones, especialmente a bajas velocidades de corte.
* Propiedades fluidas: La precisión de la medición depende de las propiedades reológicas del fluido (por ejemplo, viscosidad, tixotropía y estrés de rendimiento).
* Limpieza: La limpieza exhaustiva es esencial entre las mediciones para evitar la contaminación.
En resumen, un viscosímetro concéntrico de cilindro funciona girando un cilindro interno y midiendo el par resultante. Este par, junto con las dimensiones del cilindro y la velocidad de rotación, se usa para calcular la velocidad de corte y determinar la viscosidad o el comportamiento de flujo del fluido.
