Introducción
Las geometrías que crean un perfil de velocidad de cizallamiento uniforme, como los sistemas de cono/placa y cilíndricos, son preferibles para las mediciones rotacionales porque conducen a valores absolutos de viscosidad de cizallamiento. La velocidad de cizallamiento y el esfuerzo de cizallamiento aplicados sobre la muestra se definen claramente mediante el hueco de medición con el desplazamiento y el par, respectivamente.
Sin embargo, una gran variedad de materiales no pueden medirse con tales geometrías, por ejemplo, si se produce sedimentación o si la muestra contiene partículas de tamaño large. En estos casos, la determinación de la viscosidad sigue siendo posible utilizando una geometría "relativa", denominada así porque el perfil de la velocidad de cizallamiento no es totalmente uniforme.
La figura 1 muestra una de estas geometrías. La bola orbital doble se desarrolló para mediciones en materiales de construcción que a menudo contienen partículas large.
Las mediciones realizadas en dos muestras con la bola orbital doble y el mismo dispositivo pueden compararse entre sí. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no son correctas al 100% debido al campo de cizalladura no uniforme aplicado.
En la siguiente discusión, se compara una medición realizada con una geometría absoluta con otra realizada con la bola orbital gemela.
Parámetros de medición
Se realizó una medición rotacional (viscosidad) en una pintura mural con la bola orbital doble (geometría relativa) y un sistema de cono/placa (geometría absoluta).
Las condiciones utilizadas para los ensayos se resumen en la tabla 1.
Para todos los reómetros, las constantes de geometría se utilizan como factores de conversión, tomando parámetros del instrumento como el par y el desplazamiento, y convirtiéndolos en tensión y velocidad de cizallamiento. Para el cono y la placa, estas constantes están bien definidas1. Para una geometría relativa, como la bola orbital gemela, se utiliza un procedimiento alternativo2 para generar una concordancia cercana a la geometría absoluta.
1 Macosko CW: Rheology Concepts, Principles and Applications, Wiley-VCH (1992)
2 Duffy JJ, Hill AJ, Murphy SH: Simple method for determining stress and strain constants for non-standard measuring systems on a rotational rheometer, Appl. Rheol. 25 (2015) 42670
Cuadro 1: Condiciones de ensayo
| Muestra | Pintura mural | |
| Dispositivo | Kinexus ultra + | |
| Geometría | Absoluta: CP1/40 (placa cónica, diámetro: 40 mm, ángulo del cono: 1°) | Doble bola orbital |
| Separación | 26 μm | 1 mm (Distancia entre las bolas y el fondo del vaso) |
| Velocidad de cizallamiento | 0.1 a 100 s-1 | |
Resultados de las mediciones
La figura 2 muestra las curvas resultantes de las dos mediciones durante la medición viscométrica en estado estacionario entre 0,1 y 100 s-1.
Las curvas muestran una buena concordancia entre los valores de viscosidad de cizallamiento obtenidos con la bola orbital doble y los derivados de la medición con el sistema de cono/placa a lo largo de las tres décadas de velocidad de cizallamiento.
Conclusión
Una geometría absoluta como la de cono/placa es la primera opción para obtener valores de viscosidad de cizallamiento. Sin embargo, si una muestra es muy inestable, es decir, si se produce sedimentación o separación, o si la muestra contiene partículas large, una geometría absoluta no es adecuada, ya que los valores de viscosidad de cizallamiento no son representativos. La bola orbital doble proporciona información más coherente y representativa sobre la viscosidad de la muestra durante los ensayos reológicos. En este ejemplo, se demostró que las mediciones con la geometría de bola orbital gemela proporcionan valores representativos de la viscosidad de cizallamiento de un material.