Come si misura la viscosità cinematica con l’adattatore per basse viscosità LCP

L’adattatore per basse viscosità LCP è un accessorio per viscosimetri rotazionali di tipo L o R, e viene utilizzato per misurare campioni a viscosità particolarmente bassa. L’adattatore per basse viscosità è un accessorio utilizzabile con i viscosimetri rotazionali di tipo L o R; esso permette di misurare campioni aventi viscosità particolarmente bassa, il cui valore non è determinabile con le normali giranti.

L’adattatore per basse viscosità richiede una quantità di campione ridotta (16-20 ml), ed esiste nelle versioni senza e con camicia ricircolata: la versione senza camicia (LCP/B) è pensata per essere immersa nella vasca di un termocriostato, mentre nella versione con camicia ricircolata il fluido termostatato viene fatto circolare all’interno della camicia che riveste la camera di LCP (è necessario un termocriostato a circolazione esterna).

E’ noto che la temperatura è tra i parametri che influenzano maggiormente la viscosità, per cui è sempre fortemente consigliabile termostatare il campione da  analizzare alla temperatura desiderata.

Per misurare la temperatura del campione si può utilizzare una sonda Pt100 collegata al viscosimetro tramite cavo USB; nel caso di LCP senza camicia, la sonda verrà immersa nel bagno termostatico, mentre nel caso di LCP con camicia la sonda è inserita nella camera, cosa che permette di avere una lettura della temperatura del campione molto precisa.

L’utilizzo della copertura superiore della camera minimizza la dispersione di calore e migliora ulteriormente la termostatazione.

L’adattatore LCP viene fornito con un’unica girante, cilindrica, dal volume poco più piccolo rispetto a quello della camera portacampione: poiché si conoscono in modo preciso la geometria della camera e della girante, è possibile fare una misura molto accurata dei parametri shear stress e shear rate, e da questi calcolare la viscosità assoluta; questo tipo di accessorio viene talvolta indicato come cilindro coassiale.

Quindi, a livello pratico, con l’accessorio LCP è possibile calcolare la viscosità cinematica semplicemente inserendo nel viscosimetro il valore della densità del campione: il software del viscosimetro farà il calcolo automaticamente, restituendo il valore di viscosità cinematica espresso in centistokes (cSt), partendo dal valore misurato di viscosità dinamica, espressa in centipoise (cPs) o in millipascal per secondo (mPa*s)

 

Di seguito la descrizione dettagliata delle equazioni con cui si calcolano queste grandezze:

 

Rc =    raggio della camera portacampione

Rg =    raggio della girante cilindrica

L =      lunghezza del cilindro della girante

γ =       shear rate [s-1]

ω =       velocità angolare [rad/s]

T=       shear stress [N/m2]

M =     sforzo misurato [Nm]

η =      viscosità dinamica [Pa*s]

ρ  =     densità del campione [g/dm3]

n =      viscosità cinematica [m2/s]

ν =      viscosità cinematica [m2/s]

 

Shear rate nei cilindri coassiali (1):

 

 

Shear stress nei cilindri coassiali (2):

 

 

Da queste grandezze è possibile calcolare la viscosità dinamica (3):

 

 

E con la densità del campione è possibile ricavare la viscosità cinematica (4):

 

 

Figura 1: schema di un accessorio LCP: camera portacampione (in blu), girante cilindrica (in grigio)