Medición de Viscosidade e Densidade en Líquidos: Métodos e Instrumentos

1. Viscosidade: Conceptos Fundamentais

O concepto xeral de viscosidade é común: dicimos que os líquidos menos fluídos, como o alcatrán ou os aceites lubricantes, teñen unha viscosidade maior que os líquidos máis fluídos, como a auga e o benceno. En xeral, pódese establecer que a velocidade de fluxo dun líquido está determinada pola súa viscosidade.

Nos líquidos, a viscosidade diminúe ao aumentar a temperatura. Pola contra, nos gases, a viscosidade aumenta ao elevar a súa temperatura. Por todo isto, a viscosidade e a densidade que se utilizan para calcular a viscosidade cinemática deben estar referidas á mesma temperatura.

Existe tamén outra maneira de expresar a viscosidade: a viscosidade relativa. Enténdese por tal o número que expresa cantas veces é máis viscoso o líquido ensaiado que a auga pura a 20 ºC.

2. Determinación da Viscosidade

Método da Caída de Bólas/Esferas

Este método consiste en determinar o tempo necesario para que unha esfera ou bóla de densidade coñecida percorra unha distancia fixa caendo dentro dunha columna de líquido de referencia e do líquido cuxa viscosidade queremos medir. A viscosidade dinámica absoluta calcúlase mediante a seguinte fórmula:

η_{dinámica absoluta} = k · (ρ_b – ρ_l) · t

Onde:

• k: é a constante do aparato.
• ρ_b e ρ_l: son as densidades da bóla e do fluído, respectivamente.
• t: é o tempo de caída da bóla.

É un método moi preciso con líquidos moderadamente viscosos.

3. Tipos de Viscosímetros

O viscosímetro é o aparato destinado a medir a viscosidade. O seu funcionamento está baseado nalgún dos fenómenos relacionados coa viscosidade. A continuación, descríbense algúns tipos:

• Medida da viscosidade cinemática ou relativa:
  • Eº = tempo de baleirado do fluído / do fluído patrón.
• Viscosímetro Copa Ford (Consistómetro): Este aparato permite determinar con rapidez e facilmente a viscosidade ou a consistencia de vernices, pinturas ou outros produtos semellantes.
• Viscosímetro Rotatorio: É un instrumento de inmersión que mide a viscosidade dinámica en baños abertos baixo a presión atmosférica.
• Viscosímetro de Caída de Bola Höppler: É o denominado viscosímetro de Höppler, que mide a viscosidade dinámica. Cronometrase o tempo de caída dunha bola polo interior do líquido cuxa viscosidade se quere determinar.

4. Determinación da Densidade de Líquidos

Areómetros Baumé

Os areómetros Baumé son flotadores de vidro moi semellantes a un densímetro, algo máis curtos e coa escala graduada en divisións especiais chamadas graos Baumé. Despois da medida co areómetro, hai que consultar unha táboa para ver a correspondencia entre os graos Baumé/areométricos e a densidade. Tamén existen fórmulas matemáticas para realizar o cálculo.

Para líquidos máis pesados que a auga

Está baseado orixinalmente na densidade dunha solución do 10% de cloruro sódico que corresponde ao valor de 10°, e a densidade da auga pura, que ten un valor de 0°. O intervalo entre estes dous valores é dividido en 10 partes iguais. En xeral, no areómetro Baumé debe indicarse a temperatura á que está calibrado.

[FÓRMULA AQUÍ]

Para líquidos máis lixeiros que a auga

O areómetro está baseado orixinalmente na densidade dunha solución de 1 g de cloruro sódico en 9 gramos de auga a 12,5 °C que corresponde ao valor de 10º Bé.

[FÓRMULA AQUÍ]

Determinación da Densidade dun Líquido con Picnómetro

A densidade relativa d_20ºC/20ºC calcúlase da seguinte forma (masa dun volume coñecido da mostra a analizar, a 20ºC, dividida pola masa dun volume igual de auga que non conteña aire, a 20ºC) da mostra:

d_20ºC/20ºC = (m_c – m_a) / (m_b - m_a)

Onde:

• m_a: é a masa media, en gramos, do picnómetro baleiro.
• m_b: é a masa media, en gramos, do picnómetro cheo de auga a 20ºC.
• m_c: é a masa media, en gramos, do picnómetro cheo da mostra de ensaio a 20ºC.

Determinación da Densidade de Líquidos coa Balanza de Mohr-Westphal

Trátase dunha palanca de primeiro xénero de brazos desiguais: un deses brazos ten nove divisións e o outro, máis curto, ten un contrapeso para nivelar. Do brazo máis longo colga un fío inatacable que no extremo ten un inmersor que leva un termómetro que serve para coñecer a temperatura do líquido no que se mergulla e, ademais, fai de lastre. Acompañan a balanza uns ganchos de catro tamaños diferentes que se colgan do brazo longo e que hai que manipular con pinzas.

Os valores das pesas dependen da posición onde se coloquen:

• As máis grandes (ou P): valen desde 0,1 para a posición 1 ata 1 para a posición 10.
• As segundas (ou P’): valen desde 0,01 para a posición 1 ata 0,1 para a posición 10.
• As terceiras (ou P’’): valen desde 0,001 para a posición 1 ata 0,01 para a posición 10.
• As máis pequenas (ou P’’’): valen desde 0,0001 para a posición 1 ata 0,001 para a posición 10.