Medición de geometrías

31 suspendido en su interior. Se utilizan fuerzas magnéticas para mantener el rotor en posición. El tubo exterior gira a una velocidad constante y especificada, y el arrastre viscoso hace que el rotor interno gire a una velocidad que depende de la viscosidad del fluido. Un pequeño imán en el rotor crea un campo magnético giratorio que se detecta fuera del tubo exterior. La viscosidad dinámica del fluido se puede calcular a partir de la ecuación simple

𝜂 = 𝐾

(𝑛₂

𝑛₁ − 1) (1-10)

donde n2 es la velocidad del tubo exterior y n1 es la velocidad del rotor interno. K es una constante de calibración proporcionada por el fabricante del instrumento.

Otros diseños para viscosímetros rotativos emplean un rotor tipo paleta montado en un eje de diámetro pequeño que está sumergido en el fluido de prueba. Al igual que con otros estilos rotativos de viscosímetros, la medición se basa en el par requerido para conducir la paleta a una velocidad fija mientras está sumergido en el fluido de prueba. (Mott, 2006)

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• Husillos cilíndricos (Figura 8 (b)): geometría del husillo definida científicamente para calcular los valores de esfuerzo cortante y velocidad de corte, así como la viscosidad. Los parámetros de funcionamiento son similares a los de los husillos de disco. Los husillos cilíndricos son particularmente valiosos cuando se miden fluidos no newtonianos.

• Husillos de paleta (Figura 8 (c)): se utilizan para medir la viscosidad de materiales, geles y fluidos en forma de pastel en los que los sólidos en suspensión migran fuera de la superficie de medición de los husillos estándar (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 151).

Figura 8. Husillos de viscosímetro. (a) husillos de disco; (b) husillos cilíndricos; (c) husillos de paletas; y (d) husillos de barra en T.

Fuente: (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 153)

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• Husillos de barra en T (Figura 8 (d)): generalmente utilizados junto con un accesorio Helipath, los husillos de barra en T se utilizan para medir la viscosidad de materiales que no fluyen o fluyen lentamente, como pastas, geles y cremas. El accesorio Helipath sube y baja el viscosímetro, mientras que el eje de la barra en T gira en el material de la muestra haciendo que la barra transversal del eje corte continuamente en material fresco, describiendo así una trayectoria helicoidal a través de la muestra a medida que gira. En comparación, los husillos rotativos convencionales tienden a formar canales empujando el material de muestra a un lado, lo que resulta en una lectura de viscosímetro que disminuye continuamente (Kulkarni &

Shaw, 2016, págs. 153-154)

• Cilindros concéntricos (Figura 9 (a)) - también conocidos como cilindros coaxiales. El fluido de prueba se mantiene en el anillo entre las superficies del cilindro y los cilindros interno, externo o ambos rotan. La configuración de "doble espacio" es útil para fluidos de baja viscosidad y suspensiones de fluidos, porque el área total aumentada aumenta la precisión de la medición al aumentar el arrastre viscoso en el cilindro giratorio. Además, la superficie giratoria del cilindro interno a veces es dentada o rugosa para evitar el deslizamiento. La geometría del cilindro concéntrico se utiliza para aplicaciones en las que se requieren datos reológicos extremadamente bien definidos (incluidos los valores de esfuerzo cortante y velocidad de corte). Esta geometría de medición es particularmente útil cuando el volumen de la muestra es relativamente pequeño, o se necesitan mediciones de alta temperatura (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 154).

• Cono y placa (Figura 9 (b)): esta geometría de medición consiste en un cono invertido en contacto cercano con una placa inferior. La superficie superior o inferior gira, dependiendo del diseño del instrumento. A menudo, el cono termina con un "truncamiento" plano

34 en lugar de llegar a un punto en la punta. Este tipo de cono se coloca de manera que la punta teórica (faltante) toque la placa inferior. Al quitar la punta del cono, se produce un sistema de medición más robusto. La geometría del cono y la placa se utiliza para la determinación precisa de la viscosidad absoluta, así como para el análisis de flujo reológico avanzado de fluidos no newtonianos (por ejemplo, pastas, geles y suspensiones concentradas altamente viscosas). Sin embargo, debido a que la deformación y la velocidad de corte se calculan utilizando el desplazamiento angular y la distancia del espacio entre el cono y la placa, el posicionamiento correcto del cono (a menudo denominado "ajuste del espacio") es crítico para la precisión de los resultados (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 154)

Figura 9. Geometrías de medición del viscosímetro / reómetro. (a) cilindros concéntricos;(b) cono y placa; y (c) placa paralela.

Fuente: (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 154)

No se recomienda una geometría de cono y placa al realizar barridos de temperatura o cambios de paso a menos que el reómetro esté equipado con un sistema automático para la compensación de la expansión térmica.

Solo se recomienda si la muestra contiene material en partículas en el que el diámetro medio de partícula es 5–10 veces más pequeño que el espacio,

35 porque las partículas pueden "atascarse" en el ápice / truncamiento del cono, lo que genera datos ruidosos. Los materiales con una alta concentración de sólidos también son propensos a ser expulsados del espacio bajo altas velocidades de corte. En comparación con los cilindros concéntricos, el cono y la placa también se pueden usar con volúmenes de muestra muy pequeños. Sin embargo, con cilindros concéntricos, la velocidad de corte varía a través del anillo de medición. Con el cono y la placa, las condiciones de corte son constantes en toda la geometría (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 155).

• Placa paralela (Figura 10 (c)): la geometría de la placa paralela puede considerarse una versión simplificada del cono y la placa, con un ángulo de 0°. El fluido de prueba está limitado en el espacio estrecho entre las dos superficies. Al igual que con el cono y la placa, la geometría de la placa paralela se usa con mayor frecuencia para pastas, geles y suspensiones concentradas altamente viscosas. El sistema de placa paralela (o placa-placa), como el cono y la placa, requiere un pequeño volumen de muestra.

No es tan sensible a la configuración de espacio, porque se usa con una separación entre las placas medidas en mm. Debido a esto, es ideal para analizar muestras en un rango de temperaturas o para realizar mediciones en material particulado que contiene partículas más grandes. La principal desventaja de las placas paralelas proviene del hecho de que la velocidad de corte producida varía según la muestra. En la mayoría de los casos, el software del instrumento toma un valor promedio para la velocidad de corte. Sin embargo, diferentes instrumentos pueden producir diferentes resultados dependiendo de dónde cada instrumento "lee" la velocidad de corte en la geometría (por ejemplo, en el borde de la geometría giratoria, o a medio camino desde el centro hasta el borde). Como tal, no se recomienda el uso de placas paralelas para comparaciones críticas de muestras de prueba a velocidades de corte definidas en diferentes instrumentos. Además, cuando se

36 utilizan ajustes de espacio más amplios, aumenta la posibilidad de formar un gradiente de temperatura en la muestra (Kulkarni & Shaw, 2016, págs. 155-156).

diámetro de cono

truncación ángulo de cono

Figura 10. Geometría de cono y placa.

Fuente: (Kulkarni & Shaw, 2016, pág. 156)