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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]] dello 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===

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}}

Il viscosimetro di Engler (in onore del suo inventore Carl 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. E’ 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.

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

°E = tempo di efflusso del liquido in esame (s) alla Tx / tempo di efflusso dell’acqua distillata (s) alla Tx

Per esempio se il tempo di efflusso misurato di 200 ml di olio alla temperatura di 40 °C corrisponde a 600 s, ed il tempo di efflusso misurato di 200 ml di acqua distillata alla temperatura di 40 °C corrisponde a 60 s, si avrà il seguente grado Engler di viscosità relativa :

°E alla temperatura di 40 °C = 600 s / 60 s = 10

e si scrive così : 10 °E a 40 °C

Il viscosimetro di Engler è uno strumento impiegato principalmente per determinare il grado di viscosità relativa (°E) degli olii. Tale strumento è normalizzato secondo le norme ISO DIN. Esso è costituito da un serbatoio piccolo in ottone (vasca A) contenente 220 ml di olio, (quantità leggermente superiore rispetto al volume che effluirà nel matraccio) di cui si deve misurare la viscosità. Tale recipiente e chiuso in alto con un coperchio adeguatamente isolato con l’ambiente esterno. Il pelo libero del volume di olio deve essere regolato e livellato rispetto alle tre punte interne al serbatoio, attraverso le viti regolabili disposte ai margini del tripiede. Il recipiente piccolo (vasca A) è immerso in in un serbatoio termostatico ad acqua (vasca B) piuù grande, corredato di agitatore ad azionamento manuale, necessario per uniformarne la temperatura durante la prova. Nel serbatoio termostatico (vasca B) è immerso un termometro a colonnina di mercurio che rileva la temperatura della vasca termostatica. Nel serbatoio piccolo contenente l’olio è immerso un altro termometro a colonnina di mercurio che ne rileva la temperatura interna. Un’asta di ottone col puntale in legno regola l’apertura o la chiusura dell’orifizio del tubo di efflusso disposto in basso al serbatoio ed in asse con lo stesso. Il tutto viene sorretto da una incastellatura in acciaio a tre piedi. Alcuni strumenti sono dotati di una resistenza elettrica, disposta a corona nella parte bassa della vasca termostatica, che ne riscalda l’apparecchio fino a raggiungere l’equilibrio termico alla temperatura di prova. Altri strumenti bisogna riscaldarli gradualmente fino alla temperatura di prova con apposito dispositivo a fiamma. Quando si raggiunge la temperatura desiderata si predispone, al di sotto dell’incastellatura e in asse con lo strumento, il matraccio di Engler (serbatoio in vetro caratterizzato da due bulbi su cui sono indicati i livelli corrispondenti a 100 ml e 200 ml), e dopo aver sollevato l’asta si misura con un cronometro il tempo di efflusso di 200 ml di olio attraverso il foro calibrato.

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]].

==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.

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.

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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]]