Rheonics Os sensores tipo SR são instrumentos em linha para medir a viscosidade e a densidade de um fluido em tempo real, bem como a temperatura e as derivadas desses valores. Rheonics oferece o viscosímetro de processo SRV para medir a viscosidade e o medidor de densidade em linha SRD para valores de densidade e viscosidade de um fluido. Ambas as sondas dos sensores são compactas, leves e hermeticamente seladas, tornando-as adequadas para todos os processos industriais que envolvem líquidos.

Os sensores SRV e SRD são baseados na tecnologia de ressonador torcional balanceado (BTR). Ambos os sensores medem e emitem medições de viscosidade do fluido com o qual estão em contato. Para fluidos newtonianos, você obtém a mesma viscosidade independentemente do instrumento utilizado. No entanto, para fluidos não newtonianos, esse não é o caso e diferentes instrumentos medem diferentes valores de viscosidade - isto muitas vezes não se deve à imprecisão do próprio instrumento, mas devido à dependência do cisalhamento da viscosidade e ao fato de que diferentes instrumentos fazem medições em diferentes taxas de cisalhamento.

Devido a esta dependência de cisalhamento da viscosidade para fluidos não newtonianos, e para permitir alguma comparação entre diferentes viscosímetros (muitas vezes entre viscosímetros de processo como SRV e instrumentos de laboratório como viscosímetro rotacional ou reômetro), é desejável compreender a taxa de cisalhamento efetiva na qual o SRV ou o SRD está fazendo as medições. A análise abaixo menciona o SRV, mas é igualmente válida para o SRD.

O elemento sensor do sensor SRV é composto por uma haste e uma massa fixada em sua extremidade, esta haste e a ponta são circulares e cilíndricas. A outra extremidade está conectada ao corpo que contém os transdutores para excitação e detecção.

O sensor vibra em torção, os ressonadores torcionais são mais estáveis ​​e melhor isolados de seu ambiente mecânico. Ressonadores torcionais cilíndricos vibram paralelamente às suas próprias superfícies. Eles são influenciados por forças de cisalhamento e, portanto, são principalmente sensíveis a forças dissipativas (amortecimento viscoso) em vez de efeitos de carga de massa (também frequentemente chamados de amortecimento inercial).

A viscosidade de um fluido não newtoniano pode mudar dependendo da taxa de cisalhamento a que está sujeito. Isto significa que um único valor de viscosidade não pode ser associado a este tipo de fluidos em todos os estados (por exemplo, estático, fluindo em velocidades diferentes). 

Os viscosímetros de laboratório geralmente permitem que os usuários alterem a taxa de cisalhamento ou a velocidade de rotação na qual a viscosidade é medida. Rheonics O SRV e o SRD têm uma taxa de cisalhamento geralmente muito mais alta do que a dos instrumentos de laboratório e os usuários não podem alterá-la.

É possível ter uma ideia qualitativa sobre a faixa de cisalhamento esperada para os sensores de viscosidade SRV e os cálculos são mostrados neste artigo. Isso ajuda a qualificar (e até certo ponto quantificar) as condições nas quais a viscosidade está sendo medida e correlacionar as leituras com outros instrumentos.

No entanto, as correlações reais entre o cisalhamento das medições de viscosidade Tipo-SR e outros instrumentos de laboratório são em sua maioria empíricas e podem não atender à estimativa qualitativa. A taxa de cisalhamento estimada pode não corresponder exatamente ao valor da viscosidade de um reômetro. Considere isso Rheonics os sensores são dispositivos de controle de processo, mais do que apenas um sensor de viscosidade, com ênfase na repetibilidade extremamente alta e na reprodutibilidade de medições com uma resolução incomparável (geralmente 10-100 vezes maior que os instrumentos de laboratório).

Existem dois parâmetros que são os mais importantes para a estimativa de cisalhamento: a amplitude da velocidade e a espessura da camada limite. É necessário calcular os seguintes parâmetros.
A tensão de cisalhamento é dada por:

Equação 1: Tensão de cisalhamento.

Para um fluido newtoniano, η é uma constante de material característica do fluido, ∂v/∂x é a taxa de cisalhamento no fluido. Aplicando as equações de Navier-Stokes, resolvendo sob condições uniaxiais periódicas, a solução para a amplitude da velocidade é:

Equação 2: Amplitude de Velocidade

Para um fluido newtoniano, η é uma constante de material característica do fluido, ∂v/∂x é a taxa de cisalhamento no fluido. Aplicando as equações de Navier-Stokes, resolvendo sob condições uniaxiais periódicas, a solução para a amplitude da velocidade é:

• x: distância da parede do sensor
• V: amplitude da velocidade na superfície do sensor, R é o raio da ponta
• δ: é a espessura da camada limite
• i: é a raiz quadrada de -1

A espessura da camada limite pode ser encontrado com a equação:

Equação 2: Espessura da Camada Limite

• η: viscosidade dinamica
• ω: frequência angular
• ρ: densidade do fluido

Ao considerar que em x=2δ a velocidade cai para 13% do valor na superfície do sensor. A taxa de cisalhamento γ=∂v(0)/∂x na superfície do sensor (x = 0) segue:

Equação 4: Taxa de cisalhamento

Onde a amplitude da velocidade V(R) (5) é dada por:

 Equação 5: Amplitude de Velocidade

• R: Distância do eixo vibracional à superfície do sensor
• φ: Amplitude de vibração angular.

A ponta do SRV realiza uma vibração rotacional senoidal φ em torno do seu eixo de simetria.

 Equação 5: Vibração Rotacional Senoidal

Para o SRV, a velocidade V(R) é de aproximadamente 50 mm/s e a frequência é 7500 Hz → ω=2π x 7500

O parâmetro V(R) é independente da viscosidade, mas a espessura da camada limite do fluido δ aumenta. O gráfico a seguir demonstra o comportamento da taxa de cisalhamento versus viscosidade e mostra a variação da taxa de cisalhamento com a viscosidade e a densidade do fluido sob investigação.