- Viscosimètre
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Un viscosimètre est un appareil destiné à mesurer la viscosité des fluides. Il existe deux types de viscosimètre : les viscosimètres de process et les viscosimètres de laboratoire.
Sommaire
Viscosimètre industriel vibrant
Principe de fonctionnement
La partie active du viscosimètre est une tige vibrante animée par une alimentation électrique constante. L'amplitude de la vibration varie en fonction de la viscosité du fluide dans lequel la tige est immergée. Ces viscosimètres de process sont vraiment révolutionnaires, en effet, n'ayant pas de pièce d'usure, ils ne demandent aucune maintenance. De plus, certaines configurations de viscosimètres vibrants peuvent fonctionner dans des conditions industrielles très difficiles : zone explosive, haute pression 300 bar, haute température 300 °C, haute viscosité 1 000 000 mPa.s. Contrairement aux viscosimètres rotatifs, les viscosimètres de type vibrant sont les mieux adaptés pour des mesures de viscosité industrielle, car ils fonctionnent à haut taux de cisaillement et peuvent mesurer des fluides très visqueux, colmatants et fibreux.
Applications principales
- Contrôle des réactions de polymérisation
- Contrôle de la viscosité des encres en imprimerie
- Contrôle de combustion de fioul lourd
- Contrôle de texture en industrie agroalimentaire
- Contrôle qualité de tout fluide.
Viscosimètre capillaire
Le principe est la mesure du temps d'écoulement du produit pour en déduire sa viscosité.
Viscosimètre d'Ostwald
Viscosimètre d'Ostwald
Le viscosimètre d'Ostwald - nommé d'après Wilhelm Ostwald, est un viscosimètre à capillaire composé d'un tube en U à rayon variable. Dans une des branche verticale du U, se trouve en hauteur une partie plus large en forme de bulbe qui est directement suivi par un capillaire. Le tube reprend sa largeur standard puis effectue la partie archée du tube. Dans l'autre branche verticale, on trouve un second bulbe, plus large encore, mais, cette fois, situé dans la partie inférieur.
Deux points situés l'un au-dessus du bulbe supérieur (A), l'autre en-dessous de ce même bulbe (B) déterminent un volume connu. Le but est de mesurer le temps nécessaire au liquide pour passer du point supérieur A au point inférieur B. Le ∆t ainsi obtenu permet de déterminer la viscosité dynamique (η) du liquide en connaissant sa masse volumique (ρ) via la loi de Poiseuille.
On obtient alors :
k est une constante propre au viscosimètre fournie par le fabricant, ou devant être calculée par étalonnage avec un liquide dont la masse volumique ρ et la viscosité η sont connues. Cependant, k est une constante uniquement si le liquide est toujours mis au même niveau (point A) au début de chaque manipulation et s'il n'y a pas de bulles.
Dans la pratique, le liquide dont la viscosité est à déterminer est versé dans le tube puis est monté jusqu'au point A, souvent à l'aide d'une pompe à eau. D'autres types de viscosimètres fonctionnant sur le même modèle sont utilisés pour les liquide opaques.
Viscosimètre rotationnel de laboratoire
Les viscosimètres rotationnels mesurent le couple nécessaire pour faire tourner une tige en immersion dans un liquide. La tige est entraînée en rotation par un moteur en passant par un ressort calibré. La résistance à l’écoulement va augmenter en fonction de la grosseur de la tige et/ou la vitesse de rotation. Certains sont à mesure bidirectionnelle avec un contrôle de vitesse variable. Ce type de viscosimètre n'est pas adapté à l'industrie. En effet, en raison de la présence d'un moteur et en fonction de la fréquence d'utilisation, la mesure de viscosité peut diverger assez rapidement et des recalibrages réguliers sont nécessaires. De plus, avec ces systèmes, il est impossible de mesurer des fluides de très haute viscosité, des produits colmatants, ou encore des produits fibreux.
Un autre type de viscosimètre rotationnel est le viscosimètre de Maurice Couette : il est composé de deux cylindres concentriques, le cylindre intérieur étant fixe et le cylindre extérieur en rotation entraînée par un moteur. La mesure du couple nécessaire pour empêcher la rotation du cylindre intérieur sous l'effet de la force de viscosité du fluide contenu entre les deux cylindres permet de remonter à la valeur de la viscosité du fluide. L'écoulement entre les deux cylindres est un écoulement de Couette.
Viscosimètre Mooney
Développé par le physicien et rhéologiste américain Melvin Mooney (1893-1968), ce viscosimètre est très répandu dans l'industrie du caoutchouc. Il sert en contrôle qualité, pour le choix du grade d'un caoutchouc, ou pour contrôler une fabrication. Il se compose d'un rotor sur lequel est déposé un échantillon de caoutchouc solide non vulcanisé. Lors d'une mesure qui dure quelques minutes, à une température fixe comprise entre 100 et environ 200 °C, deux plateaux thermorégulés recouvrent l'échantillon. L'appareil détermine le couple résistant. La viscosité est donnée en « unités Mooney » ou « points Mooney » arbitraires (exemple : 50 points Mooney pour un grade de caoutchouc).
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Viscosimètre Mooney
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Échantillon posé sur le rotor, entre les deux plateaux chauffants
Il permet aussi la détermination de la constante k, égale au couple en points Mooney, mesurée 1 s après l'arrêt du rotor. De plus, un essai de relaxation Mooney donne la grandeur α, qui est une mesure de la vitesse de relaxation. Plus la valeur de α est proche de 0, plus le matériau fait preuve d'un comportement élastique.
Voir aussi
Articles connexes
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