1. Setup:
* Due cilindri concentrici: Il cilindro interno è sospeso all'interno del cilindro esterno, con un piccolo divario tra loro riempito con il fluido da testare.
* Sensore motorio e di coppia: Il cilindro interno è collegato a un motore che lo ruota a velocità controllata. Un sensore di coppia misura la forza necessaria per mantenere questa rotazione.
2. Principio di funzionamento:
* Flusso fluido: Mentre il cilindro interno ruota, trascina il fluido nello spazio insieme ad esso. Questo crea un gradiente di velocità attraverso il divario, con conseguente stress da taglio.
* Stress di taglio e velocità di taglio: Lo stress da taglio (τ) è proporzionale alla coppia (t) applicata al cilindro interno e inversamente proporzionale al raggio del cilindro (R) e all'altezza (H):
* τ =(2t) / (πr²h)
* Fluidi newtoniani: Per i fluidi newtoniani, lo stress da taglio è direttamente proporzionale alla frequenza di taglio (γ̇). Questa relazione è definita dalla viscosità del fluido (μ):
* τ =μγ̇
* Fluidi non newtoniani: Per i fluidi non newtoniani, questa relazione è più complessa e può essere rappresentata da una curva di flusso, che traccia lo stress da taglio contro la frequenza di taglio.
3. Misurazione della velocità di taglio:
* Velocità angolare: La velocità del motore viene utilizzata per calcolare la velocità angolare (ω) del cilindro interno.
* Calcolo del tasso di taglio: La frequenza di taglio (γ̇) viene calcolata in base alla velocità angolare e alla larghezza del gap (d) tra i cilindri:
* γ̇ =(ωr) / d
* Curva di flusso: Variando la velocità del motore e registrando la coppia corrispondente, è possibile ottenere una gamma di velocità di taglio e sollecitazioni di taglio, consentendo la creazione di una curva di flusso per il fluido.
4. Vantaggi dei viscutori del cilindro concentrico:
* Intervallo di velocità di taglio ampio: Può misurare i tassi di taglio su una vasta gamma, dal basso a alto.
* Misure precise: Fornisce misurazioni relativamente accurate della viscosità.
* versatile: Può essere utilizzato per una varietà di tipi di fluidi, inclusi fluidi newtoniani e non newtoniani.
* Controllo della temperatura: Consente misurazioni della temperatura controllate.
5. Limitazioni:
* Effetti finali: Il flusso vicino alle estremità dei cilindri può influire sulle misurazioni, in particolare a basse velocità di taglio.
* Proprietà fluide: L'accuratezza della misurazione dipende dalle proprietà reologiche del fluido (ad es. Viscosità, tixotropia e stress da snervamento).
* Cleaning: La pulizia approfondita è essenziale tra le misurazioni per evitare la contaminazione.
In sintesi, un viscosimetro concentrico funziona ruotando un cilindro interno e misurando la coppia risultante. Questa coppia, insieme alle dimensioni del cilindro e alla velocità di rotazione, viene utilizzata per calcolare la velocità di taglio e determinare la viscosità o il comportamento del flusso del fluido.
