Viscosità

Definizione

La viscosità è una proprietà del fluido che descrive una resistenza interna del fluido al flusso o alla deformazione ed è una delle proprietà fluide più importanti da tenere in considerazione durante la progettazione di un miscelatore. Esistono due misure comuni di viscosità, viscosità dinamica (μ) e viscosità cinematica (ν). La relazione tra viscosità dinamica e viscosità cinematica è mostrata di seguito:

Latex formula

ν – Viscosità cinematica (cSt)
μ – Viscosità dinamica (cP)
ρ – Densità (g/cm3)

La viscosità dinamica è la più rilevante per le applicazioni di miscelazione in quanto ciò descrive la resistenza del fluido al flusso sotto sforzo di taglio, mentre la viscosità cinematica descrive la resistenza al flusso sotto la forza di gravità.

Fluidi Newtoniani

Nei fluidi newtoniani la viscosità dinamica è descritta come il rapporto tra la sollecitazione di taglio e il gradiente di velocità in un fluido. La viscosità rimane costante attraverso il variare dello sforzo di taglio e nel tempo, e la relazione è mostrata nell’equazione seguente:

Latex formula

τ – Sforzo di taglio
μ – Viscosità dinamica
du / dy – Gradiente di velocità

La maggior parte dei fluidi può essere modellata come fluidi newtoniani
e questo è il tipo di fluido che incontriamo nella maggior parte delle
applicazioni di miscelazione.

Fluidi non newtoniani

Altri tipi di fluido possono mostrare un comportamento non newtoniano in cui la viscosità non è un valore costante e cambia in risposta a qualche altra variabile.
Alcuni di questi sono elencati di seguito:

  • I  fluidi pseudo-plastici o che si assottigliano sono il tipo più comune di fluido non newtoniano che incontriamo.
    In questi fluidi la viscosità diminuisce con un aumento dello sforzo di taglio applicato.
  • I  fluidi tixotropici si comportano come fluidi pseudo-plastici, tranne che la viscosità diminuisce anche nel tempo sotto sforzo di taglio.
  • I  fluidi dilatanti e preottici sono l’equivalente rispettivamente di fluidi pseudo-plastici e tixotropici,
    eccetto che la loro viscosità aumenta rispettivamente con velocità di taglio e tempo.
  • I  liquidi viscoelastici mostrano una combinazione di proprietà viscose ed elastiche quando stressati.
    Ciò significa che si comportano parzialmente come un solido elastico e hanno la tendenza a ritornare alla loro forma originale dopo la deformazione.
  • Le plastiche Bingham  hanno uno sforzo di taglio minimo necessario prima che il flusso del materiale abbia luogo.

Alcuni comuni fluidi non newtoniani sono vernici a base acquosa, soluzioni polimeriche e molti prodotti alimentari e per la cura della persona
come il dentifricio e il ketchup di pomodoro.

Misurazione della viscosità

La viscosità viene misurata con uno strumento noto come viscosimetro, o reometro, e ci sono diversi tipi diversi, i più comuni dei quali sono spiegati di seguito:

VISCOMETRO A SFERA CADENTE

Viscometro a sfera cadente

I viscosimetri a sfera cadente sono costituiti da una piccola sfera e un tubo di vetro fisso riempito con il fluido da testare. Si lascia cadere la sfera attraverso il fluido e si misura il tempo impiegato per passare tra due punti. Usando la legge di Stokes, la viscosità dinamica può essere calcolata usando la densità del fluido e della sfera.

Coppe per viscosità

Le tazze di viscosità sono un tipo di dispositivo di misurazione della viscosità costituito da una tazza con un’apertura di dimensioni precise nella base. La tazza viene riempita con il liquido da misurare e viene prelevato il tempo necessario affinché il liquido si scarichi dalla tazza attraverso l’apertura.

A partire da questo valore temporale, la viscosità cinematica può essere calcolata utilizzando formule di conversione o tabelle fornite dal produttore.

Le coppe di viscosità sono comunemente usate nell’industria delle vernici e dei rivestimenti.

VISCOSIMETRO ROTAZIONALE

Viscosimetro rotazionale

Un tipo più sofisticato di reometro è il viscosimetro a mandrino rotazionale. Questi strumenti funzionano in base al principio Searle, in cui la coppia richiesta per far ruotare un mandrino in ciascun fluido ad una determinata velocità è proporzionale alla viscosità del fluido.

La velocità del mandrino rotante può di solito essere variata, il che ha l’effetto di variare lo sforzo di taglio sperimentato dal fluido. Ciò consente di utilizzare viscosimetri rotazionali per misurare il profilo di viscosità di fluidi non newtoniani che presentano viscosità diverse a diversi livelli di sollecitazione di taglio.

The speed of the rotating spindle can usually be varied which has the effect of varying the shear stress experienced by the fluid. This allows rotational viscometers to be used to measure the viscosity profile of non-Newtonian fluids which exhibit different viscosities at different levels of shear stress.

COPPE PER VISCOSITÀ
CATEGORIALiquidoGravità specifica a 16° CViscosità assoluta (cP)Temperatura (°C)Tipo di viscosità
Prodotti industrialiColla acetato1200 - 140020T
Prodotti industrialiAlcool, sopropilico2  Temperatura ambiente
Prodotti industrialiResine alchidiche500 - 3,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiAntigelo15 Temperatura ambiente
Prodotti alimentariCibo per neonato140093T
Prodotti alimentariPastella2950030T
Prodotti alimentariBirra18   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariSalsa di barbabietole195076T
Prodotti industrialiBenzina5   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariPremix crema biscotto2920018T
PharmaceuticalsSangue10 Temperatura ambiente
Oli per pesci e animali Olio d'ossa0,924854N
Prodotti alimentariLievito di birra36818T
Prodotti alimentariMix di brodo43018T
LatticiniBurro deodorizzato4550N
LatticiniBurro Grasso2065N
LatticiniBurro30,000   Temperatura ambiente
LatticiniCrema di burro, aspro550   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariSalsa di fagioli di carruba150030T
Oli vegetaliOlio di ricino0,9658027N
Prodotti industrialiComposto per calafataggio5,000,000 - 10,000,000 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiSoda caustica 50%45   Temperatura ambiente
LatticiniFormaggio, morbido30,000 Temperatura ambiente
Oli vegetaliChinawood Oil0,9430021N
Prodotti alimentariCioccolato28049T
Prodotti alimentariSciroppo di cioccolato2,250   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariPolpa di agrumi1,2760020T
Prodotti industrialiEmulsioni detergenti1,500   Temperatura ambiente
LatticiniBurro di cacao0,925060N
Oli vegetaliOlio di cocco0,935524N
Oli per pesci e animaliOlio di merluzzo0,933238N
Prodotti alimentariLiquore al caffè 30-4010 - 10020T
LatticiniLatte condensato40 - 8040-50N
LatticiniSolido 75 latte condensato1,3216020T
Oli vegetaliOlio di mais0,922857N
Prodotti alimentariSciroppo di mais15,000   Temperatura ambiente
LatticiniFiocchi di latte3000018T
Oli vegetaliOlio di semi di cotone0,886224N
LatticiniCrema 30 Grasso11416N
LatticiniCrema 45 Grasso0,994816N
LatticiniCrema 50 Grasso0,9811216N
LatticiniCrema 50 Grasso5532N
LatticiniCrema di formaggio100,000   Temperatura ambiente
LatticiniCrema, coagulato20,000 Temperatura ambiente
LatticiniCrema, doppio120 Temperatura ambiente
LatticiniCrema, singola50   Temperatura ambiente
LatticiniPanna acida15,200 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiCristalli di Cresol1018T
Prodotti alimentariCrema pasticciera1,6150085-90T
PharmaceuticalsDetergenti147070T
Prodotti industrialiDiesel14 Temperatura ambiente
Prodotti a base di glicoleDiethylene1,123221N
Prodotti industrialiDipropilenglicole107   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariOlio commestibile0,96520N
Prodotti industrialiResina epossidica5,000 - 10,000   Temperatura ambiente
Prodotti a base di glicoleEtilene1,121821N
Prodotti a base di glicoleGlicole etilenico16   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariSucco di frutta1,0455-7518N
Oli per carburanti e lubrificantiOlio combustibile no 412 Temperatura ambiente
Prodotti alimentariGelatina 37 solidi119043T
Prodotti alimentariGelatina1,200   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariGlucosio1,34300 - 860025-30T
Prodotti industrialiColla, grado di pistola5,000 - 50,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiColla, versabile3,000 - 5000 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiGlicerina 1001.26 at 20°C64820N
PharmaceuticalsGlicerina1,000 - 2,000 Temperatura ambiente
Prodotti a base di glicoleGlicole20   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariSugo Slurry111080T
PharmaceuticalsCrema per le mani8,000   Temperatura ambiente
PharmaceuticalsLozione per le mani5,000   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariMiele1,800 - 3,000 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio idraulico30 - 120 Temperatura ambiente
Prodotti alimentariGlassatura10,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiInchiostro, stampa, liquido550 - 2,200   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiAlcool isopropilico1,111,985N
Prodotti alimentariContorno di marmellata844016T
Prodotti alimentariMarmellata8,500   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiCherosene10 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiLacca 25 solidi300018T
Paints & VarnishesLacca, a base d'acqua900 Temperatura ambiente
Paints & VarnishesLacche 25% pigmenti3,000 Temperatura ambiente
Oli per pesci e animaliLardo0,966238N
Oli per pesci e animaliOlio di lardo0.91-0.9340 - 4738N
PharmaceuticalsEmulsione di lattice120024T
Paints & VarnishesNeoprene in lattice5,000   Temperatura ambienteT
Paints & VarnishesVernice al lattice750   Temperatura ambienteT
Oli vegetaliOlio di lino crudo0.93-0.942938N
Oli vegetaliOlio di lino30- 70 Temperatura ambiente
PharmaceuticalsSapone liquido85   Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio lubrificante60- 200   Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio per macchine, pesante600   Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio per macchine, leggero150   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariEstratto di malto1,4300060T
Prodotti alimentariEstratto di malto 80950018T
Prodotti alimentariSciroppo d'acero150 - 300 Temperatura ambiente
Prodotti alimentariMaionese5,000 - 20,000 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiMetil etil chetone4   Temperatura ambiente
LatticiniLatte1.02-1.05218N
LatticiniSiero di latte 48 zucchero800 - 150040T
LatticiniLatte condensato6,000   Temperatura ambiente
LatticiniLatte evaporato6,100   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariCarne macinata10000030T
Prodotti alimentariMelassa5,000 - 10,000 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 1050 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 20125   Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 30200 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 40320 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 50540 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 601,000 Temperatura ambiente
Oli per carburanti e lubrificantiOlio motore SAE 701,600 Temperatura ambiente
Prodotti alimentariMousse Mix12005T
Prodotti industrialiNaOH 201,22118N
Prodotti industrialiNaOH 301,33118N
Prodotti industrialiNaOH 401,432018N
Oli vegetaliAcido oleico40   Temperatura ambiente
Oli vegetaliOlio d'oliva0,914038N
Prodotti alimentariConcentrato di succo d'arancia30 Brix63020N
Paints & VarnishesVernice, a base d'acqua2,400   Temperatura ambiente
Oli vegetaliOlio di palma0,924338N
Prodotti alimentariPastella di pancake2,200   Temperatura ambiente
PharmaceuticalsEmulsione di paraffina1,2300018T
Prodotti industrialiParaffina10 Temperatura ambiente
Oli vegetaliOlio di arachidi0,923838N
Prodotti alimentariBurro di arachidi150,000 - 250,000 Temperatura ambiente
Oli vegetaliOlio di arachidi100   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariPectina30038N
Prodotti industrialiBenzina8   Temperatura ambiente
PharmaceuticalsVaselina64,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiPlastisol2,52800018T
Prodotti industrialiPoliestere1.1 at 30300030T
Prodotti industrialiResina di poliestere3,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiPoliglicerina caprina6,000 - 7,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiPoliisobutilene1.09 at 85°1250085T
Prodotti industrialiSoluzione polimerica20,000   Temperatura ambienteT
Prodotti industrialiPoliolo, non pigmentato500 - 5,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiPolipropilene24000050T
Prodotti industrialiIdrossido di potassio67   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiInchiostro per stampanti550 -220038T
LatticiniProcesso di formaggio3000018T
Prodotti a base di glicolePropilenico1,045221N
Prodotti industrialiStucco100,000,000 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiResina PVA65,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiSoluzione di resina88024T
Prodotti industrialiResina colabile880 - 975 Temperatura ambiente
Prodotti industrialiSoluzione di resina7,100   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariBudino di riso10000100T
Prodotti alimentariCrema di insalata1300 -260018T
Prodotti alimentariSalsa - Mela1,150080T
Oli vegetaliOlio di sesamo94   Temperatura ambiente
PharmaceuticalsShampoo3,000 - 5,000 Temperatura ambiente
PharmaceuticalsSapone Arylan1.0 at 40°C63060T
PharmaceuticalsSoluzione di sapone1.03 at 60°C8260T
Prodotti alimentariSorbitolo1,2920020N
Oli vegetaliOlio di soia0,936024N
Prodotti alimentariSoia di soia5000 -10,00050-90T
Prodotti alimentariSalsa per gli spaghetti1,000   Temperatura ambiente
Oli per pesci e animaliOlio di sperma0,882438N
Prodotti alimentariSoluzione di amido 25%300   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariSciroppo di zucchero, saccarosio1,210   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiAcido solfonico1,0412530T
Prodotti industrialiDiossido di titanio5,000   Temperatura ambiente
Prodotti industrialiToluene6   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariKetchup di pomodoro100030T
Prodotti alimentariPasta di pomodoro 3019518T
Prodotti alimentariSucco di pomodoro180   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariKetchup di pomodoro1,000   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariPassata di pomodoro50,000   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariSalsa di pomodoro2,600   Temperatura ambiente
PharmaceuticalsDentifricio70,000 - 100,00018T
Prodotti industrialiTriacetate Dope48,000 / 60,00040T
Prodotti a base di glicoleTrietilene1,124021N
Oli vegetaliTrementina0,86216N
Paints & VarnishesVernice320   Temperatura ambiente
Oli vegetaliOlio vegetale40   Temperatura ambiente
Prodotti alimentariAceto12 - 1520N
PharmaceuticalsCera0,950093T
Oli per pesci e animaliOlio di balena0,9325 - 3938N
LatticiniSiero800 - 1,500 Temperatura ambiente
LatticiniUovo intero1504,5T
Prodotti alimentariLievito Surry2018T
LatticiniYogurt3,000 - 8,000 Temperatura ambiente
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Viscosità Cinematica
(cSt)


Tipo di coppa

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
Coppa "Ultra Low"536884
Shell Coppa #11721.526354657
Shell Coppa #218.32230.4394756
Shell Coppa #2.519253035.646.657
Shell Coppa #318.62228.635424855
Shell Coppa #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Shell Coppa #4182124273037455260
Shell Coppa #516202428323640444852566064
Shell Coppa #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Zahn Coppa #130.53235384245526068
Zahn Coppa #218192022.5252830343843536372
Zahn Coppa #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Zahn Coppa #4171819.52122.52426283032384551546570
Zahn Coppa #51718.5202122.527313540454960
Ford Coppa #3323740435363738393103113120130
Ford Coppa #42022252835404855627076829098103
ISO Coppa #4263339465360
DIN Coppa #420222426283035404650566171
AFNOR Coppa #420222426283035404650566171
Norcross Coppa #1313640537087
Norcross Coppa #21923283445556776
Norcross Coppa #31720253035404550556879
Norcross Coppa #41822273236404448535761656885
Norcross Coppa #5202226313641455062


Viscosità Cinematica
(cSt)


Tipo di coppa

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
Coppa "Ultra Low"536884
Shell Coppa #11721.526354657
Shell Coppa #218.32230.4394756
Shell Coppa #2.519253035.646.657
Shell Coppa #318.62228.635424855
Shell Coppa #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Shell Coppa #4182124273037455260
Shell Coppa #516202428323640444852566064
Shell Coppa #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Zahn Coppa #130.53235384245526068
Zahn Coppa #218192022.5252830343843536372
Zahn Coppa #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Zahn Coppa #4171819.52122.52426283032384551546570
Zahn Coppa #51718.5202122.527313540454960
Ford Coppa #3323740435363738393103113120130
Ford Coppa #42022252835404855627076829098103
ISO Coppa #4263339465360
DIN Coppa #420222426283035404650566171
AFNOR Coppa #420222426283035404650566171
Norcross Coppa #1313640537087
Norcross Coppa #21923283445556776
Norcross Coppa #31720253035404550556879
Norcross Coppa #41822273236404448535761656885
Norcross Coppa #5202226313641455062

Effetto sul mixaggio

La viscosità dei fluidi è una delle considerazioni più importanti quando si progetta un miscelatore per una determinata applicazione.

Maggiore è la viscosità dei fluidi, maggiore è la quantità di energia richiesta per miscelare il fluido, e questo significa giranti più grandi e motori più potenti per girarle.
Per materiali altamente viscosi può essere necessario utilizzare una girante del tipo a gioco ravvicinato, come una girante o una girante a spirale, per ottenere un’adeguata miscelazione attraverso il volume pieno del serbatoio.

Miscelazione laminare e turbolenta

La miscelazione a bassa viscosità avviene quasi sempre in condizioni turbolente. Ciò significa che la miscelazione è controllata dalle forze inerziali piuttosto che dalla diffusione molecolare e la miscelazione è ottenuta dai molti vortici e vortici creati dalla girante del miscelatore.

Le giranti come le giranti a profilo idrofobo e pale a pale inclinate vengono utilizzate per la miscelazione a bassa viscosità in quanto forniscono grandi capacità di pompaggio e creano grandi quantità di turbolenza nel recipiente di miscelazione.

D’altra parte, la miscelazione ad alte viscosità avviene principalmente nel regime di flusso laminare dove dominano le forze viscose, smorzando ogni turbolenza e la diffusione molecolare è la principale fonte di miscelazione. Per favorire la diffusione molecolare lo scopo della miscelazione nel regime laminare è quello di “tagliare e piegare” il fluido in modo che ci sia una maggiore area interfaccia tra i diversi fluidi per la diffusione.

Qui, vengono utilizzate giranti di tipo gate o screw, in quanto l’ampia area superficiale presentata al fluido contribuisce ad aumentare l’azione “cutting and folding” su tutto il volume del serbatoio.

Il diagramma seguente mostra gli intervalli di viscosità
adatti per vari tipi di giranti standard.

Trama di tipi di girante rispetto alle loro viscosità operative adatte
TRAMA DI TIPI DI GIRANTE RISPETTO ALLE LORO VISCOSITÀ OPERATIVE ADATTE

Miscelazione non newtoniana

Raggiungere un’adeguata miscelazione in fluidi non newtoniani può essere difficile. Se si dispone di un’applicazione di miscelazione non newtoniana e si richiede assistenza nella scelta di un agitatore adatto, si prega di mettersi in contatto e uno dei nostri tecnici dell’applicazione sarà felice di aiutarvi.

Miscelatori Statici

ELEMENTO DEL MISCELATORE STATICO

L’effetto della viscosità sulla miscelazione in un miscelatore statico in linea è simile agli effetti sui miscelatori con serbatoio agitato. Per applicazioni a bassa viscosità la miscelazione è dominata da vortici turbolenti, mentre le applicazioni a maggiore viscosità sono ancora dominate dalla diffusione molecolare e si basano sullo stesso metodo di “taglio e piega” di miscelazione come miscelatori di serbatoi agitati descritti sopra.

ELEMENTO DEL MISCELATORE STATICO

Diversi tipi di elementi di miscelazione sono utilizzati per fluidi a bassa e alta viscosità e generalmente seguono gli stessi principi delle giranti a vasca stirata. Maggiore è la viscosità, più grandi e complessi sono gli elementi del miscelatore posizionati nel tubo per garantire la miscelazione attraverso l’intero diametro del tubo, e ciò aumenta la caduta di pressione attraverso il miscelatore. Ciò aumenta la potenza richiesta dalla pompa in modo tale che, come nei miscelatori con serbatoio agitato, è richiesta più potenza per la miscelazione di fluidi ad alta viscosità.

John Whittle MEng (Hons)

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