Comment mesurer la viscosité d'un liquide sous différentes contraintes de cisaillement à l'aide d'un viscosimètre ?

Salut! En tant que fournisseur de viscosimètres, on me demande souvent comment mesurer la viscosité d'un liquide sous différentes contraintes de cisaillement à l'aide d'un viscosimètre. Il s'agit d'un sujet crucial, en particulier pour les industries telles que l'alimentation, les cosmétiques et les produits pharmaceutiques, où les propriétés d'écoulement des liquides peuvent avoir un impact significatif sur la qualité des produits. Dans ce blog, je vais vous guider pas à pas tout au long du processus et partager quelques trucs et astuces en cours de route.

Qu'est-ce que la viscosité et la contrainte de cisaillement ?

Avant de plonger dans le processus de mesure, examinons rapidement ce que sont la viscosité et la contrainte de cisaillement. La viscosité est une mesure de la résistance d'un fluide à l'écoulement. Pensez-y à l'épaisseur ou à la finesse d'un liquide. Par exemple, le miel a une viscosité élevée car il s’écoule lentement, tandis que l’eau a une faible viscosité et s’écoule facilement.

La contrainte de cisaillement, quant à elle, est la force par unité de surface qui provoque la déformation ou l'écoulement d'un fluide. Lorsque vous remuez un liquide, vous lui appliquez une contrainte de cisaillement. La relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de déformation qui en résulte (taux de cisaillement) détermine la viscosité d'un fluide.

Pourquoi mesurer la viscosité sous différentes contraintes de cisaillement ?

De nombreux liquides, en particulier les fluides non newtoniens, ont des viscosités qui changent en fonction de la contrainte de cisaillement appliquée. Les fluides non newtoniens peuvent être classés en différents types, tels que l'amincissement par cisaillement (la viscosité diminue avec l'augmentation de la contrainte de cisaillement), l'épaississement par cisaillement (la viscosité augmente avec l'augmentation de la contrainte de cisaillement) et le viscoélastique (présentent à la fois des propriétés élastiques et visqueuses).

Mesurer la viscosité sous différentes contraintes de cisaillement nous aide à comprendre comment un liquide se comportera dans différentes situations réelles. Par exemple, dans un processus de fabrication où un liquide est pompé dans des tuyaux ou mélangé dans un réservoir, la contrainte de cisaillement peut varier. En connaissant la viscosité à différentes contraintes de cisaillement, nous pouvons optimiser le processus et garantir une qualité constante du produit.

Choisir le bon viscosimètre

Il existe plusieurs types de viscosimètres disponibles, mais pour mesurer la viscosité sous différentes contraintes de cisaillement, unViscosimètre rotatifest souvent le meilleur choix. Un viscosimètre rotatif fonctionne en faisant tourner une broche ou un bob dans le liquide et en mesurant le couple requis pour maintenir la rotation. Le couple est lié à la contrainte de cisaillement et la vitesse de rotation est liée au taux de cisaillement.

Lorsque vous choisissez un viscosimètre rotatif, tenez compte de facteurs tels que la plage de viscosités que vous devez mesurer, la précision requise et le type d'échantillons que vous testerez. Certains viscosimètres sont également dotés de fonctionnalités supplémentaires telles que le contrôle de la température, ce qui peut être important puisque la viscosité dépend fortement de la température.

Configuration du viscosimètre

Une fois que vous avez choisi le bon viscosimètre, il est temps de le configurer. Voici les étapes générales :

1. Étalonnage: Avant d'utiliser le viscosimètre, il est indispensable de le calibrer. Cela garantit que les mesures sont exactes. La plupart des viscosimètres sont livrés avec des fluides d'étalonnage de viscosité connue. Suivez les instructions du fabricant pour effectuer l'étalonnage.
2. Sélectionnez la broche: Le choix de la broche dépend de la viscosité du liquide et de la plage de contraintes de cisaillement que vous souhaitez appliquer. Pour les liquides à haute viscosité, un axe plus grand peut être nécessaire, tandis que pour les liquides à faible viscosité, un axe plus petit est généralement suffisant.
3. Préparer l'échantillon: S'assurer que l'échantillon est homogène et à la température souhaitée. Si nécessaire, utilisez un bain à température contrôlée pour maintenir une température constante pendant la mesure.
4. Installer la broche: Installez soigneusement la broche sélectionnée sur le viscosimètre. Assurez-vous qu'il est correctement aligné et sécurisé.

Mesurer la viscosité sous différentes contraintes de cisaillement

Maintenant que le viscosimètre est configuré, vous pouvez commencer à mesurer la viscosité sous différentes contraintes de cisaillement. Voici comment procéder :

1. Définir les conditions initiales: Réglez la vitesse de rotation initiale de la broche. Cela déterminera le taux de cisaillement initial et la contrainte de cisaillement. Commencez par une vitesse faible et augmentez-la progressivement par étapes.
2. Prendre des mesures: Une fois que la broche a atteint une rotation stable, effectuez une mesure de viscosité. La plupart des viscosimètres affichent la viscosité directement sur l'écran. Enregistrez la valeur de viscosité ainsi que la vitesse de rotation correspondante (taux de cisaillement) et la contrainte de cisaillement calculée.
3. Modifier la contrainte de cisaillement: Augmentez la vitesse de rotation de la broche pour appliquer une contrainte de cisaillement plus élevée. Attendez que le système atteigne un nouvel état stable avant de prendre une autre mesure. Répétez ce processus pour plusieurs vitesses de rotation différentes afin d'obtenir une plage de valeurs de viscosité à différentes contraintes de cisaillement.

Analyser les résultats

Après avoir pris les mesures, il est temps d'analyser les résultats. Tracez un graphique de la viscosité en fonction de la contrainte de cisaillement ou du taux de cisaillement. Ce graphique, appelé courbe de débit, peut fournir des informations précieuses sur le comportement du fluide.

• Fluides newtoniens: Pour les fluides newtoniens, la viscosité reste constante quelle que soit la contrainte de cisaillement. La courbe de débit sera une ligne horizontale.
• Cisaillement - Fluides Diluants: Dans le cas de fluides fluidifiants par cisaillement, la viscosité diminue à mesure que la contrainte de cisaillement augmente. La courbe de débit montrera une pente descendante.
• Cisaillement - Fluides épaississants: Les fluides épaississants au cisaillement ont une viscosité croissante avec l'augmentation de la contrainte de cisaillement. La courbe de débit aura une pente ascendante.

En analysant la courbe de débit, vous pouvez déterminer le type de fluide et ses propriétés d'écoulement. Ces informations peuvent être utilisées pour optimiser les processus, formuler des produits et résoudre tout problème lié au flux.

Trucs et astuces

Voici quelques conseils pour garantir des mesures de viscosité précises et fiables :

• Contrôle de la température: Comme mentionné précédemment, la viscosité dépend fortement de la température. Assurez-vous de contrôler la température de l’échantillon tout au long du processus de mesure. Même un petit changement de température peut affecter considérablement la viscosité.
• Volume de l'échantillon: Utilisez le volume d'échantillon correct recommandé par le fabricant du viscosimètre. Un volume d'échantillon insuffisant peut conduire à des mesures inexactes, surtout si la broche n'est pas complètement immergée dans le liquide.
• Nettoyage: Après chaque mesure, nettoyez soigneusement la broche pour éliminer tout échantillon de liquide. Cela évite la contamination croisée et garantit des résultats précis pour la mesure suivante.
• Mesures multiples: Prenez plusieurs mesures à chaque contrainte de cisaillement pour garantir la cohérence. Calculez la valeur moyenne de viscosité pour réduire l’erreur.

Conclusion

Mesurer la viscosité d'un liquide sous différentes contraintes de cisaillement à l'aide d'un viscosimètre est une technique précieuse pour comprendre les propriétés d'écoulement des fluides. En suivant les étapes décrites dans ce blog, vous pouvez obtenir des mesures de viscosité précises et fiables et mieux comprendre comment le fluide se comportera dans différentes situations réelles.

Si vous êtes à la recherche d'un viscosimètre ou si vous avez besoin de plus d'informations sur la mesure de la viscosité, n'hésitez pas à nous contacter. Nous sommes là pour vous aider à trouver la solution adaptée à vos besoins spécifiques. Que vous soyez un laboratoire à petite échelle ou une usine de fabrication à grande échelle, nous avons l'expertise et les produits pour répondre à vos besoins en matière de mesure de viscosité. Contactez-nous dès aujourd'hui pour démarrer une discussion sur l'approvisionnement et faire passer votre analyse de fluides au niveau supérieur.

Références

• ASTM D2196 - 18, Méthodes d'essai standard pour les propriétés rhéologiques des matériaux non newtoniens par viscosimètre rotationnel.
• Barnes, HA, Hutton, JF et Walters, K. (1989). Une introduction à la rhéologie. Science Elsevier.