Viscosité

Définition

La viscosité est une propriété de fluide qui décrit la résistance interne d’un fluide à l’écoulement ou à la déformation et constitue l’une des propriétés de fluide les plus importantes à prendre en compte lors de la conception d’un mélangeur. Il existe deux mesures courantes de la viscosité, la viscosité dynamique (µ) et la viscosité cinématique (ν). La relation entre la viscosité dynamique et la viscosité cinématique est indiquée ci-dessous:

Latex formula

ν – Viscosité cinématique (cSt)
µ – Viscosité dynamique (cP)
ρ – Densité (g/cm3)

La viscosité dynamique est la plus pertinente pour les applications de mélange car elle décrit la résistance du fluide à l’écoulement sous contrainte de cisaillement, tandis que la viscosité cinématique décrit la résistance à l’écoulement sous l’effet de la gravité.

Fluides newtoniens

Dans les fluides newtoniens, la viscosité dynamique est décrite comme le rapport entre la contrainte de cisaillement et le gradient de vitesse dans un fluide. La viscosité reste constante en cas de contrainte de cisaillement variable et au fil du temps. La relation est illustrée dans l’équation ci-dessous:

Latex formula

τ – Contrainte de cisaillement
µ – Viscosité dynamique
du/dy – Gradient de vitesse

La majorité des fluides peuvent être modélisés comme des fluides newtoniens et c’est le type de fluide que nous rencontrons dans la majorité des applications de mélange.

Fluides non newtoniens

D’autres types de fluides peuvent présenter un comportement non newtonien dans lequel la viscosité n’est pas une valeur constante et varie en réponse à une autre variable.
Certains d’entre eux sont énumérés ci-dessous:

  • Les  fluides pseudo-plastiques ou amincissants par cisaillement sont le type de fluide non newtonien le plus répandu.
    Dans ces fluides, la viscosité diminue avec l’augmentation de la contrainte de cisaillement appliquée.
  • Les  fluides thixotropes se comportent comme des fluides pseudo-plastiques, sauf que la viscosité diminue également avec le temps sous l’effort de cisaillement.
  • Les  fluides dilatants et préoptiques sont l’équivalent des fluides pseudo-plastiques et thixotropes,
    à la différence que leur viscosité augmente respectivement avec la vitesse et le temps de cisaillement.
  • Les  fluides viscoélastiques présentent une combinaison de propriétés visqueuses et élastiques lorsqu’ils sont soumis à des contraintes.
    Cela signifie qu’ils se comportent partiellement comme un solide élastique et ont tendance à revenir à leur forme initiale après déformation.
  • Les plastiques Bingham  ont une contrainte de cisaillement minimale requise avant tout écoulement du matériau.

Certains fluides non newtoniens courants sont les peintures à base d’eau, les solutions de polymères et de nombreux produits alimentaires et de soins personnels tels que le dentifrice et le ketchup à la tomate.

Mesurer la viscosité

La viscosité est mesurée avec un instrument appelé viscosimètre, ou rhéomètre, et il en existe de nombreux types, dont les plus courants sont expliqués ci-dessous:

VISCOMÈTRE DE LA SPHÈRE EN CHUTE

Viscomètre à sphère en chute

Les viscosimètres du type à sphère descendante se composent d’une petite sphère et d’un tube de verre fixe rempli du fluide à tester. On laisse la sphère traverser le fluide et on mesure le temps nécessaire pour passer entre deux points. En utilisant la loi de Stokes, la viscosité dynamique peut ensuite être calculée en utilisant la densité du fluide et de la sphère.

Coupes de viscosité

Les coupes à viscosité sont un type d’appareil de mesure de la viscosité consistant en une coupe avec une ouverture de taille précise dans la base. La tasse est remplie du liquide à mesurer et le temps pris pour que le liquide s’écoule de la tasse à travers l’ouverture est pris. À partir de cette valeur temporelle, la viscosité cinématique peut être calculée à l’aide de formules de conversion ou de tableaux fournis par le fabricant.

Les gobelets à viscosité sont couramment utilisés dans les industries des peintures et des revêtements.

VISCOMETRE DE ROTATION

Viscomètre Rotationnel

Un type de rhéomètre plus sophistiqué est le viscosimètre à axe rotatif. Ces instruments fonctionnent selon le principe de Searle, selon lequel le couple requis pour faire tourner une broche dans chaque fluide à une certaine vitesse est proportionnel à la viscosité du fluide.

La vitesse de la broche en rotation peut généralement être modifiée, ce qui a pour effet de faire varier la contrainte de cisaillement subie par le fluide. Cela permet d’utiliser des viscosimètres rotatifs pour mesurer le profil de viscosité de fluides non newtoniens qui présentent des viscosités différentes à différents niveaux de contrainte de cisaillement.

VISCOSITÉ COUPES
CatégorieLiquideDensité à 16° CViscosité absolue (cP)Température (°C)Type de viscosité
Produits IndustrielsColle d'acétate1200 - 140020T
Produits IndustrielsAlcool, Sopropylique2  Température Ambiante
Produits IndustrielsRésines alkydes500 - 3,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsAntigel15 Température Ambiante
Produits AlimentairesNourriture pour bébés140093T
Produits AlimentairesBattre2950030T
Produits AlimentairesBière18   Température Ambiante
Produits AlimentairesSauce à la betterave195076T
Produits IndustrielsEssence5   Température Ambiante
Produits AlimentairesPrémix Crème Biscuit2920018T
MédicamentsDu sang10 Température Ambiante
Poissons et Huiles AnimalesHuile d'os0,924854N
Produits AlimentairesLa levure de bière36818T
Produits AlimentairesMélange de bouillon43018T
Les Produits LaitiersBeurre désodorisé4550N
Les Produits LaitiersBeurre gras2065N
Les Produits LaitiersBeurre30,000   Température Ambiante
Les Produits LaitiersCrème au beurre, aigre550   Température Ambiante
Produits AlimentairesSauce Aux Caroubes150030T
Les Huiles VégétalesHuile de castor0,9658027N
Produits IndustrielsComposé de calfeutrage5,000,000 - 10,000,000 Température Ambiante
Produits IndustrielsSoude caustique 50%45   Température Ambiante
Les Produits LaitiersFromage doux30,000 Température Ambiante
Les Huiles VégétalesHuile de Chinawood0,9430021N
Produits AlimentairesChocolat28049T
Produits AlimentairesSirop au chocolat2,250   Température Ambiante
Produits AlimentairesPulpe d'agrumes1,2760020T
Produits IndustrielsNettoyage des émulsions1,500   Température Ambiante
Les Produits LaitiersLe beurre de cacao0,925060N
Les Huiles VégétalesHuile de noix de coco0,935524N
Poissons et Huiles AnimalesHuile de morue0,933238N
Produits AlimentairesCafé liqueur 30-4010 - 10020T
Les Produits LaitiersLait condensé40 - 8040-50N
Les Produits LaitiersLait condensé 75 solides1,3216020T
Les Huiles VégétalesL'huile de maïs0,922857N
Produits AlimentairesSirop de maïs15,000   Température Ambiante
Les Produits LaitiersCottage cheese3000018T
Les Huiles VégétalesHuile de graines de coton0,886224N
Les Produits LaitiersCrème 30 Graisse11416N
Les Produits LaitiersCrème 45 Graisse0,994816N
Les Produits LaitiersCrème 50 Graisse0,9811216N
Les Produits LaitiersCrème 50 Graisse5532N
Les Produits LaitiersFromage à la crème100,000   Température Ambiante
Les Produits LaitiersCrème, coagulée20,000 Température Ambiante
Les Produits LaitiersCrème, double120 Température Ambiante
Les Produits LaitiersCrème, unique50   Température Ambiante
Les Produits LaitiersCrème, aigre15,200 Température Ambiante
Produits IndustrielsCristaux de crésol1018T
Produits AlimentairesCrème1,6150085-90T
MédicamentsDétergents147070T
Produits IndustrielsDiesel14 Température Ambiante
Produits GlycolDiéthylène1,123221N
Produits IndustrielsDipropylène glycol107   Température Ambiante
Produits AlimentairesHuile comestible0,96520N
Produits IndustrielsUne résine époxy5,000 - 10,000   Température Ambiante
Produits GlycolÉthylène1,121821N
Produits GlycolÉthylène glycol16   Température Ambiante
Produits AlimentairesJus de fruit1,0455-7518N
Essence et Huiles de GraissageMazout no 412 Température Ambiante
Produits AlimentairesGélatine 37 Solides119043T
Produits AlimentairesGélatine1,200   Température Ambiante
Produits AlimentairesGlucose1,34300 - 860025-30T
Produits IndustrielsColle, qualité du pistolet5,000 - 50,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsColle, versable3,000 - 5000 Température Ambiante
Produits IndustrielsGlycérine 1001.26 à 20°C64820N
MédicamentsGlycérine1,000 - 2,000 Température Ambiante
Produits GlycolGlycol20   Température Ambiante
Produits AlimentairesBouillon de sauce111080T
MédicamentsCrème pour les mains8,000   Température Ambiante
MédicamentsLotion pour les mains5,000   Température Ambiante
Produits AlimentairesMon chéri1,800 - 3,000 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile hydraulique30 - 120 Température Ambiante
Produits AlimentairesGlaçage10,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsEncre, impression, liquide550 - 2,200   Température Ambiante
Produits IndustrielsAlcool isopropylique1,111,985N
Produits AlimentairesGarniture de confiture844016T
Produits AlimentairesUne horloge8,500   Température Ambiante
Produits IndustrielsKérosène10 Température Ambiante
Produits IndustrielsLaque 25 solides300018T
Peintures & VernisLaque à base d'eau900 Température Ambiante
Peintures & VernisLaques 25% pigments3,000 Température Ambiante
Poissons et Huiles AnimalesSaindoux0,966238N
Poissons et Huiles AnimalesHuile de saindoux0.91-0.9340 - 4738N
MédicamentsÉmulsion de latex120024T
Peintures & VernisNéoprène latex5,000   Température AmbianteT
Peintures & VernisPeinture au latex750   Température AmbianteT
Les Huiles VégétalesHuile de lin brute0.93-0.942938N
Les Huiles VégétalesL'huile de lin30- 70 Température Ambiante
MédicamentsSavon liquide85   Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile de graissage60- 200   Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile de machine lourde600   Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile de machine légère150   Température Ambiante
Produits AlimentairesExtrait de malt1,4300060T
Produits AlimentairesExtrait de malt 80950018T
Produits AlimentairesSirop d'érable150 - 300 Température Ambiante
Produits AlimentairesMayonnaise5,000 - 20,000 Température Ambiante
Produits IndustrielsMéthyle éthyle cétone4   Température Ambiante
Les Produits LaitiersLait1.02-1.05218N
Les Produits LaitiersLait lactosérum 48 sucre800 - 150040T
Les Produits LaitiersLait condensé6,000   Température Ambiante
Les Produits LaitiersLait évaporé6,100   Température Ambiante
Produits AlimentairesViande hachée10000030T
Produits AlimentairesMélasse5,000 - 10,000 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 1050 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 20125   Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 30200 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 40320 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 50540 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 601,000 Température Ambiante
Essence et Huiles de GraissageHuile moteur SAE 701,600 Température Ambiante
Produits AlimentairesMélange de mousse12005T
Produits IndustrielsNaOH 201,22118N
Produits IndustrielsNaOH 301,33118N
Produits IndustrielsNaOH 401,432018N
Les Huiles VégétalesL'acide oléique40   Température Ambiante
Les Huiles VégétalesHuile d'olive0,914038N
Produits AlimentairesJus d'orange concentré30 Brix63020N
Peintures & VernisPeinture à base d'eau2,400   Température Ambiante
Les Huiles VégétalesHuile de palme0,924338N
Produits AlimentairesPâte à crêpe2,200   Température Ambiante
MédicamentsÉmulsion de paraffine1,2300018T
Produits IndustrielsParaffine10 Température Ambiante
Les Huiles VégétalesHuile d'arachide0,923838N
Produits AlimentairesBeurre d'arachide150,000 - 250,000 Température Ambiante
Les Huiles VégétalesHuile d'arachide100   Température Ambiante
Produits AlimentairesPectine30038N
Produits IndustrielsEssence, essence8   Température Ambiante
MédicamentsVaseline64,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsPlastisol2,52800018T
Produits IndustrielsPolyester1.1 à 30300030T
Produits IndustrielsRésine de polyester3,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsCaprinate de polyglycérine6,000 - 7,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsPolyisobutylène1.09 à 85°1250085T
Produits IndustrielsSolution de polymère20,000   Température AmbianteT
Produits IndustrielsPolyol non pigmenté500 - 5,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsPolypropylène24000050T
Produits IndustrielsL'hydroxyde de potassium67   Température Ambiante
Produits IndustrielsEncre d'imprimerie550 -220038T
Les Produits LaitiersFromage fondu3000018T
Produits GlycolPropylène1,045221N
Produits IndustrielsMastic100,000,000 Température Ambiante
Produits IndustrielsRésine PVA65,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsSolution de résine88024T
Produits IndustrielsRésine versable880 - 975 Température Ambiante
Produits IndustrielsSolution de résine7,100   Température Ambiante
Produits AlimentairesRiz au lait10000100T
Produits AlimentairesCrème de salade1300 -260018T
Produits AlimentairesSauce - Pomme1,150080T
Les Huiles VégétalesHuile de sésame94   Température Ambiante
MédicamentsShampooing3,000 - 5,000 Température Ambiante
MédicamentsSavon Arylan1.0 à 40°C63060T
MédicamentsSolution de savon1.03 à 60°C8260T
Produits AlimentairesSorbitol1,2920020N
Les Huiles VégétalesHuile de soja0,936024N
Produits AlimentairesLisier de soja5000 -10,00050-90T
Produits AlimentairesSauce à spaghetti1,000   Température Ambiante
Poissons et Huiles AnimalesHuile de sperme0,882438N
Produits AlimentairesSolution d'amidon 25%300   Température Ambiante
Produits AlimentairesSirop de sucre, saccharose1,210   Température Ambiante
Produits IndustrielsAcide sulfonique1,0412530T
Produits IndustrielsLe dioxyde de titane5,000   Température Ambiante
Produits IndustrielsToluène6   Température Ambiante
Produits AlimentairesKetchup aux tomates100030T
Produits AlimentairesPâte De Tomates 3019518T
Produits AlimentairesJus de tomate180   Température Ambiante
Produits AlimentairesKetchup aux tomates1,000   Température Ambiante
Produits AlimentairesPurée de tomates50,000   Température Ambiante
Produits AlimentairesSauce tomate2,600   Température Ambiante
MédicamentsLe dentifrice70,000 - 100,00018T
Produits IndustrielsTriacétate Dope48,000 / 60,00040T
Produits GlycolTriéthylène1,124021N
Les Huiles VégétalesEssence de térébenthine0,86216N
Peintures & VernisVernis320   Température Ambiante
Les Huiles VégétalesHuile végétale40   Température Ambiante
Produits AlimentairesLe vinaigre12 - 1520N
MédicamentsCire0,950093T
Poissons et Huiles AnimalesL'huile de baleine0,9325 - 3938N
Les Produits LaitiersPetit lait800 - 1,500 Température Ambiante
Les Produits LaitiersOeuf entier1504,5T
Produits AlimentairesLevure surry2018T
Les Produits LaitiersYaourt3,000 - 8,000 Température Ambiante
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Cinématique
Viscosité
(cSt)


Type de Coupe

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
Coupe 'Ultra Low'536884
Coupe Shell #11721.526354657
Coupe Shell #218.32230.4394756
Coupe Shell #2.519253035.646.657
Coupe Shell #318.62228.635424855
Coupe Shell #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Coupe Shell #4182124273037455260
Coupe Shell #516202428323640444852566064
Coupe Shell #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Tasse à Dents #130.53235384245526068
Tasse à Dents #218192022.5252830343843536372
Tasse à Dents #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Tasse à Dents #4171819.52122.52426283032384551546570
Tasse à Dents #51718.5202122.527313540454960
Ford Cup #3323740435363738393103113120130
Ford Cup #42022252835404855627076829098103
Coupe ISO #4263339465360
Coupe DIN #420222426283035404650566171
Coupe AFNOR #420222426283035404650566171
Coupe Norcross #1313640537087
Coupe Norcross #21923283445556776
Coupe Norcross #31720253035404550556879
Coupe Norcross #41822273236404448535761656885
Coupe Norcross #5202226313641455062


Cinématique
Viscosité
(cSt)


Type de Coupe

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
Coupe 'Ultra Low'536884
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Ford Cup #3323740435363738393103113120130
Ford Cup #42022252835404855627076829098103
Coupe ISO #4263339465360
Coupe DIN #420222426283035404650566171
Coupe AFNOR #420222426283035404650566171
Coupe Norcross #1313640537087
Coupe Norcross #21923283445556776
Coupe Norcross #31720253035404550556879
Coupe Norcross #41822273236404448535761656885
Coupe Norcross #5202226313641455062

Effet sur le mélange

La viscosité d’un fluide est l’une des considérations les plus importantes lors de la conception d’un mélangeur pour une application donnée.

Plus la viscosité du fluide est importante, plus le mélange de fluide nécessite de l’énergie, ce qui signifie des turbines plus grandes et des moteurs plus puissants pour les faire tourner. Pour les matériaux très visqueux, il peut être nécessaire d’utiliser une turbine de type à jeu rapproché, telle qu’une turbine de type porte ou à spirale, pour obtenir un mélange adéquat dans l’ensemble du volume de la citerne.

Mélange laminaire et turbulent

Le mélange à faible viscosité a presque toujours lieu dans des conditions turbulentes.
Cela signifie que le mélange est contrôlé par des forces d’inertie plutôt que par diffusion moléculaire, et que le mélange est obtenu par les nombreux tourbillons et tourbillons créés par la turbine du mélangeur.

Les turbines telles que les hydrofoils et les turbines à pales inclinées sont utilisées pour le mélange à faible viscosité car elles fournissent des capacités de pompage importantes et créent de grandes turbulences dans le récipient de mélange.

D’autre part, le mélange à haute viscosité a lieu principalement dans le régime d’écoulement laminaire où les forces visqueuses dominent, atténuant toute turbulence et où la diffusion moléculaire est la principale source de mélange. Pour faciliter la diffusion moléculaire, le but du mélange en régime laminaire est de «couper et plier» le fluide de manière à ce que la surface interfaciale soit plus grande entre les différents fluides pour que la diffusion ait lieu.

Ici, les roues à ailettes ou à vis sont utilisées car la grande surface
exposée au fluide contribue à augmenter l’action de «coupe et de pliage»
sur l’ensemble du volume du réservoir.

Le graphique ci-dessous montre les plages de viscosité appropriées pour différents types de roues standard.

Parcelle de types d’impulseurs et de leurs viscosités de fonctionnement appropriées
LOT DE TYPES D'HÉLICES PAR RAPPORT À LEURS VISCOSITÉS OPÉRATIONNELLES APPROPRIÉES

Mélange non newtonien

Obtenir un mélange adéquat dans des fluides non newtoniens peut être difficile. Si vous avez une application de mélange non newtonienne et que vous avez besoin d’aide pour choisir un agitateur approprié, contactez-nous et l’un de nos ingénieurs d’application se fera un plaisir de vous aider.

Mélangeurs Statiques

ÉLÉMENT DE MÉLANGEUR STATIQUE

L’effet de la viscosité sur le mélange dans un mélangeur statique en ligne est similaire à celui sur les mélangeurs à réservoir agités. Pour les applications à faible viscosité, le mélange est dominé par les tourbillons turbulents, tandis que les applications à viscosité élevée sont toujours dominées par la diffusion moléculaire et reposent sur la même méthode de mélange «en coupe» que les mélangeurs à réservoir agités décrits ci-dessus.

ÉLÉMENT DE MÉLANGEUR STATIQUE

Différents types d’élément de mélange sont utilisés pour les fluides de basse et haute viscosité et suivent généralement les mêmes principes que les roues de réservoirs agitées. Plus la viscosité est élevée, plus les éléments du mélangeur placés dans le tuyau sont grands et complexes, afin de garantir un mélange homogène sur tout le diamètre du tuyau, ce qui augmente la perte de charge dans le mélangeur. Cela augmente la puissance requise de la pompe, de sorte que, comme dans les mélangeurs à réservoir agités, il faut plus de puissance pour mélanger des fluides de viscosité élevée.

John Whittle MEng (Hons)

John Whittle MEng (Hons)

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