Mecânica dos fluidos/Classificação dos medidores de viscosidade

Instrumentos que medem viscosidade são chamados de viscosímetros ou viscômetros. Alguns reservam esse termo para os medidores de viscosidade de líquidos Newtonianos e chamam de reômetros àqueles adequados a todos os tipos de fluido. Reômetros em geral são capazes de medir outras grandezas, além da viscosidade; por exemplo, as propriedades viscoelásticas de alguns fluidos.

Viscosímetro de Engler, medidor por cisalhamento para uso em laboratório.

A viscosidade é tradicionalmente considerada uma variável complexa e difícil de medir-se, e ainda mais se se desejar que essa medição seja feita on-line.

Classificação dos medidores de viscosidade

Os medidores de viscosidade podem ser classificados de acordo com dois critérios. O primeiro é o da utilização, que divide os viscosímetros em instrumentos de laboratório e instrumentos para uso on-line; o segundo é o princípio de funcionamento, que já adotamos para a classificação dos medidores de vazão, e que por isso será o adotado aqui.

De acordo com o princípio de funcionamento, os viscosímetros atualmente em uso na indústria podem ser divididos nas seguintes categorias:

• Por escoamento
• Por cisalhamento
• Outros

Viscosímetros por escoamento

Viscosímetro de Ostwald.

No viscosímetro de Stokes (também chamado viscosímetro de esfera), que é o tipo mais simples de viscosímetro, abandona-se uma esfera em queda livre no fluido e mede-se sua velocidade terminal. Em seguida, calcula-se a viscosidade por meio da Lei de Stokes. O corpo do medidor precisa ser largo de forma que as paredes tenham pouca influência sobre o escoamento. Esse instrumento tem a desvantagem de exigir um grande volume de líquido.

Nos viscosímetros de escoamento por capilar, como, por exemplo, o viscosímetro de Ostwald, o fluido é obrigado a escoar por um tubo em forma de U, saindo de um reservatório e entrando em um bulbo de medição, e o tempo que o processo toma permite a avaliação do valor da viscosidade. A pequena seção do tubo garante um escoamento laminar, de forma que pode ser aplicada a equação de Hagen–Poiseuille. Uma variação do viscosímetro de Ostwald é o viscosímetro de Ubbelohde, que possui uma entrada de ar extra, que torna o tempo de escoamento independente da temperatura da solução.

Existe também o viscosímetro de copo; neste caso, mede-se o tempo que o líquido leva para escoar de um reservatório por meio de um orifício aberto no fundo.

Esses instrumentos medem a viscosidade cinemática do fluido, e são medidores confiáveis e baratos, mas não geralmente adequados para medição on-line. Uma exceção é o viscosímetro de Norcross, variação do viscosímetro de Stokes em que a esfera é substituída por um pistão e são introduzidos mecanismos e eletrônica específicos para permitir a execução de medidas sem interferência de seres humanos.

Viscosímetros por cisalhamento

Os viscosímetros por cisalhamento empregam um elemento móvel que, imerso no fluido, sofre a resistência deste, resistência que é proporcional à viscosidade.

Os viscosímetros oscilatórios utilizam um pistão imerso no fluido, que oscila a uma determinada frequência; essa frequência é diferente da frequência de oscilação sem a presença do fluido. A partir do período medido da oscilação, calcula-se a viscosidade do líquido. Os viscosímetros vibratórios baseiam-se na medida da potência elétrica que precisa ser aplicada a um elemento sensor imerso no fluido para que ele oscile a uma determinada frequência; a partir da potência medida, calcula-se a viscosidade por meio de uma fórmula obtida teoricamente. Alternativamente, pode-se estimar a velocidade não através da potência, mas por meio de um outro parâmetro, como amortecimento ou atraso de fase entre excitação e resposta.

Em ambos os tipos de medidor acima, a velocidade de cisalhamento é variável. Viscosímetros rotativos utilizam um elemento que gira com velocidade angular constante, imerso no fluido. Nesse tipo de medidor, a velocidade de cisalhamento é constante. O elemento rotativo pode ser um disco, um cone, ou um cilindro.

Esses medidores combinam alta sensibilidade, repetibilidade e precisão, e são mais adequados para medições on-line.

Outros viscosímetros

Existem viscosímetros que usam outros princípios de medição. Nos viscosímetros de bolha, o tempo que uma bolha de gás leva para ascender num reservatório com o líquido permite estimar a viscosidade deste. No viscosímetro por extrusão, o fluido é forçado mecanicamente a passar por um tubo capilar. No viscosímetro por fenda, o fluido é forçado mecanicamente a passar por uma abertura estreita.