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{{F|metrologia|luglio 2017}}

{{stub fisica}}

Il '''viscosimetro''' è uno strumento, che si usa per misurare la [[viscosità]] dei [[fluido|fluidi]].

{{da tradurre|inglese}}

Il '''viscosimetro''' è uno strumento, per misurare la [[viscosità]] dei [[fluido|fluidi]].

== Viscosimetro a capillare ==

[[File:Ostwald viscometer.jpg|thumb|upright=0.7|Viscosimetro a capillare Ostwald]]

Il metodo classico di misura è dovuto a [[George Gabriel Stokes]] e consiste nel misurare il tempo che un fluido impiega a transitare attraverso un [[capillarità|capillare]] di vetro di lunghezza nota. Questo metodo è tuttora utilizzato per la misurazione standard della viscosità dell'[[acqua]] e più in generale per i [[fluido newtoniano|fluidi newtoniani]]. In condizioni ideali può avere una [[precisione]] dell 0,1% circa.

Il metodo classico di misura è dovuto a [[George Gabriel Stokes]] e consiste nel misurare il tempo che un fluido impiega a transitare attraverso un [[capillarità|capillare]] di vetro di lunghezza nota. Questo metodo è tuttora utilizzato per la misurazione standard della viscosità dell'[[acqua]] e più in generale per i [[fluido newtoniano|fluidi newtoniani]]. In condizioni ideali può avere una [[precisione]] delldello 0,1% circa.

Non è adatto alla misura in fluidi ad alta viscosità o contenenti particelle solide. Inoltre non si può utilizzare con [[fluido non newtoniano|fluidi non newtoniani]].

===Determinazione della viscosità===

==Viscosimetro a rotazione==

Il viscosimetro a rotazione è costituito da un elemento rotante di forma cilindrica o sferica inserito in un contenitore cilindrico contenete il fluido di cui si vuole misurare la viscosità. Quando l'elemento rotante viene posto in movimento, a causa della viscosita del fluido, si esercita una [[coppia di forze]] sul contenitore cilindrico. Dalla misura dell'intensità della coppia si può risalire con precisione alla viscosità del fluido.

La determinazione della viscosità è basata sulla [[legge di Poiseuille]]:

:<math> \frac{dV}{dt} = v \pi R^{2} = \frac{\pi R^{4}}{8 \eta} \left( \frac{- \Delta P}{\Delta x}\right) = \frac{\pi R^{4}}{8 \eta} \frac{ |\Delta P|}{L} </math>

in cui ''t'' è il tempo di eluizione di un [[volume]] ''V'' di fluido. Il rapporto <math>\frac{dV}{dt}</math> dipende dal valore del raggio del capillare R, dalla pressione applicata P, dalla lunghezza del capillare L e dalla [[viscosità dinamica]] η.

La differenza media di pressione è data da:

:<math>\Delta P = \rho g \Delta H </math>

essendo ρ la densità del liquido, g la costante di gravità e H l'altezza media del menisco liquido.

In genere la viscosità del liquido viene confrontata con la viscosità di un altro liquido, per cui si impiega la viscosità relativa, che è data da:

:<math>\eta_r = \frac{\eta}{\eta_0} = \frac{t \rho}{t_0 \rho_0}</math>.

in cui t₀ e ρ₀ rappresentano il tempo di deflusso e la densità del liquido puro. Nel caso di soluzioni molto diluite, vale la seguente relazione:

:<math>\rho \simeq \rho_0 </math>

e la cosiddetta "viscosità specifica" viene calcolata come:

:<math>\eta_{sp} = \eta_r - 1 = \frac{t - t_0}{t_0} </math>.

o in serie di potenze:

:<math>\eta_{sp} = [\eta] c + k [\eta]^2 c^2 + ....... </math>

oppure

:<math>\frac{\eta_{sp}}{c} = [\eta] + k [\eta]^2 c + ....... </math>

in cui <math>\frac{\eta_{sp}}{c}</math> è il "numero di viscosità".

La viscosità intrinseca può essere determinata sperimentalmente misurando il numero di viscosità in funzione della concentrazione in corrispondenza dell'intercetta dell'asse delle ordinate.

==Viscosimetro di Engler==

{{Vedi anche|Viscosimetro di Engler}}

[[File:Viscosimetro di Engler.jpg|thumb|upright=0.7|left|Viscosimetro di Engler]]

Il [[viscosimetro di Engler]] (in onore del suo inventore [[Karl Oswald Victor Engler]]) si basa sull'efflusso per gravità di una data quantità di fluido (200 ml) attraverso un capillare, necessario per generare il moto del liquido secondo un [[regime laminare]].

È costituito da un recipiente di modeste dimensioni in ottone, immerso in una vasca termostatica, provvisto di un foro calibrato (orifizio) disposto in basso ed al centro. Il rapporto fra il tempo impiegato da 200 ml del liquido in esame alla temperatura di prova ad effluire, attraverso il foro calibrato, nel matraccio disposto in asse, ed il tempo impiegato dallo stesso volume di acqua distillata alla stessa temperatura, esprime la viscosità in gradi engler (°E) del liquido in esame.

==Viscosimetro a rotazione==

Il viscosimetro a rotazione (o "rotoviscosimetro") è costituito da un elemento rotante di forma cilindrica o sferica inserito in un contenitore cilindrico contenente il fluido di cui si vuole misurare la viscosità.

Quando l'elemento rotante viene posto in movimento, a causa della viscosità del fluido, si esercita una [[coppia di forze]] sul contenitore cilindrico.

Dalla misura dell'intensità della coppia si può risalire con precisione alla viscosità del fluido.

==Viscosimetro Brookfield==

Questo tipo di viscosimetro invece misura la forza necessaria per mantenere in rotazione un disco od un cilindro, a [[velocità angolare]] costante immerso nel fluido da misurare. Anche in questo caso la forza dipende dalla viscosità del fluido.

Anche in questo caso la forza dipende dalla viscosità del fluido. Quindi si rende necessario che il fluido venga portato ad una temperatura di utilizzo.

== Altri viscosimetri==

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'Cup and bob' viscometers work by defining the exact volume of sample which is to be sheared within a test cell, the torque required to achieve a certain rotational speed is measured and plotted. There are two classical geometries in "cup and bob" viscometers, known as either the "Couette" or "Searle" systems - distinguished by whether the cup or bob rotates. The rotating cup is preferred in some cases, because it reduces the onset of Taylor vortices.

==Viscosimetro a vibrazione==

'Cone and Plate' viscometers use a cone of very shallow angle in bare contact with a flat plate. WIth this system the shear rate beneath the plate is constant to a modest degree of precision and deconvolution of a flow curve ( a graph of shear stress (torque) against shear rate (angular velocity) is very straightforward to yield viscosity.

I viscosimetri di vibrazione sono sistemi robusti usati per misurare la viscosità nello stato trattato. La parte attiva del sensore è un'asta di vibrazione. L'ampiezza di vibrazione varia secondo la viscosità del liquido in cui l'asta è immersa. Questi tester di viscosità sono adatti a misurazione bloccando i liquidi fluidi e di grande viscosità (fino a 1.000.000 cP). Attualmente, molte industrie nel mondo considerano questi viscosimetri come il sistema più efficiente per misurare la viscosità, in contrapposizione ai viscosimetri di rotazione, che richiedono più manutenzione, non sono capaci di misurare bloccando il liquido e richiedono una frequente calibratura dopo uso intenso. La vibrazione dei viscosimetri non ha pezzi mobili, nessuna parte debole, e le parti sensibili sono molto piccole.

== Altri viscosimetri ==

I viscosimetri "coppa e peso" funzionano definendo l'esatto volume di campione che deve essere sottoposto a [[sforzo di taglio]] all'interno della cella; la coppia di torsione richiesta per raggiungere una certa velocità di rotazione è misurata e se ne ricava un grafico. Ci sono due geometrie classiche nei viscosimetri "coppa e peso", note come sistemi ''couette'' o ''searle'', distinti dal fatto che sia il contenitore o il peso a ruotare. La coppa rotante è preferita in alcuni casi, poiché riduce la formazione di vortici di Taylor.

===Viscosimetro di Hoppler===

Other viscometer types use [[bubble]]s, balls or other objects. Viscometers that can measure fluids with high viscosity or molten polymers are usually called ''[[rheometer]]'' or ''plastometer''.

{{Vedi anche|Viscosimetro di Hoppler}}

Il [[viscosimetro di Hoppler]] è utilizzato per determinare liquidi ad alta viscosità, ed è basato sulla [[legge di Stokes]]. È formato da un tubo cilindrico di vetro sul quale sono segnati due traguardi h₁ e h₂ distanti normalmente circa 10 cm l'uno dall'altro. Il cilindro è a sua volta riempito con il liquido in esame e viene posto in posizione leggermente inclinata nell'interno di un bagno termostatato.

Vibrational viscometers date back to the 1950's Bendix instrument, which is of a class which operates by measuring the damping of an oscillating electromechanical resonator immersed in a fluid whose viscosity is to be determined. The resonator generally oscillates in torsion or transversely (as a cantilever beam or tuning fork). The higher the viscosity, the larger the damping imposed on the resonator. The resonator's damping may be measured by one of several methods:

:<math>\frac{\mu_1}{\mu_2}=\frac{(D-d_1)t_1}{(D-d_2)t_2}</math>

# Measuring the power input necessary to keep the oscillator vibrating at a constant amplitude. The higher the viscosity, the more power is needed to maintain the amplitude of oscillation.

# Measuring the decay time of the oscillation once the excitation is switched off. The higher the viscosity, the faster the signal decays.

# Measuring the frequency of the resonator as a function of phase angle between excitation and response waveforms. The higher the viscosity, the larger the frequency change for a given phase change.

==Voci correlate==

The vibrational instrument also suffers from a lack of a defined shear field, which makes it unsuited to measuring the viscosity of a fluid whose flow behaviour is not known before hand.

* [[Viscosità]]

== Altri progetti ==

In the I.C.I "Oscar" viscometer, a sealed can of fluid was oscillated torsionally, and by clever measurement techniques it was possible to measure both viscosity and elasticity in the sample.

{{interprogetto}}

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== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

{{Portale|meccanica|metrologia}}

[[Categoria:Strumenti di misura]]

[[Categoria:Strumenti di misura]]

[[de:Viskosimeter]]

[[en:Viscometer]]

[[nl:Viscometer]]