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Viscosidade Cinemática: Conceitos, Normas ASTM e Equipamentos

Viscosidade Cinemática: Conceitos e Normas ASTM

Neste artigo intitulado ‘Viscosidade Cinemática: Conceitos e Normas ASTM’ iremos abordar sobre as normas ASTM utilizadas para medição da viscosidade cinemática, explicando desde a sua origem, aplicação e importância de segui-las.

Abordaremos também sobre viscosidade e os equipamentos da Omnitek, descrevendo assim suas principais vantagens e qual o tipo de fluido para cada equipamento. Boa leitura!

NORMAS ASTM

Uma das normas mais utilizada e referenciada em artigos e em alguns equipamentos de uso laboratorial em pesquisas e desenvolvimento é a ASTM International.

Mas o que seria esta norma?

ASTM International, que em inglês significa American Society for Testing and Materials, é uma sociedade responsável pelo desenvolvimento, ensaio e a publicação de normas técnicas aplicadas para diversos serviços, materiais, produtos e sistemas.

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Criada em 1898, a ASTM International é considerada a maior sociedade mundial de normas técnicas internacionais, com aproximadamente 140 comitês de 140 países. Neste artigo vamos falar dos seguintes tópicos da ASTM International:

  1. Histórico
  2. Objetivo e Importância
  3. Benefícios
  4. Aplicação

 

  1. Histórico

A princípio a ASTM foi fundada e coordenada por Charles Benjamin Dudley em 1898, no Estados Unidos, sendo o pioneiro na uniformização na indústria.

Devido as frequentes quebras dos trilhos de trem, o grupo de engenheiros e de cientistas, liderados por Dudley desenvolveu um estudo no final do século XIX de uma norma para o aço utilizado nas ferrovias. Como resultado, elaborou a primeira norma para utilização do aço nas ferrovias. Dudley acabou sendo o presidente do grupo no período de 1902-1908 (SANTOS, 2019).

A partir de então, diversas entidades normatizadoras surgiram em países da Europa, tais como, a BSI (Grã-Bretanha – 1901), DIN (Alemanha – 1917) e AFNOR (França – 1926).

 

     2. Objetivo e Importância

O objetivo e a importância da ASTM são as publicações de normas técnicas, a fim de estabelecer regras e diretrizes com base em rígidos padrões de qualidade, havendo padronização das áreas de design, produção industrial e comércio. Logo, os documentos disponíveis contêm especificações de qualidade (terminologia, métodos de ensaio etc.), elaborados por consenso das partes interessadas e estão fundamentados nos resultados da experiência e no desenvolvimento tecnológico.

      3. Benefícios

Dentre os benefícios que as normas ASTM podem proporcionar estão:

  • Certificação de qualidade, promovendo confiança e segurança do produto
  • Alta compatibilidade com outros no mercado e mundialmente;
  • Desenvolvimento e pesquisa para descobertas inovadoras seguindo modelos pré-existentes;
  • Facilitação de comercialização e acesso ao mercado;
  • Operações eficientes, seguras e com certificação internacional;

Além disso, também base para estudantes que pesquisam nas áreas de petróleo, ciência de materiais, energia, ambiente de construção, metais, tintas, plásticos, dentre outros.

     4. Aplicação

Quanto a aplicação, o órgão atende a uma ampla gama nos diversos setores do mercado, tais como:

  • Agências de Normas Técnicas Nacionais;
  • Setor industrial;
  • Empresas, Universidades e Institutos de Pesquisa;
  • Indústria Petroquímica;
  • Governo e Defesa;
  • Indústria Aeroespacial;
  • Engenharia e construção;
  • Química;
  • Indústria Automotiva;
  • Energia

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Para falarmos então das ASTM ligadas à viscosidade cinemática, iremos trabalhar alguns conceitos adiante.

VISCOSIDADE: Diferença entre fluidos Newtoniados e não Newtonianos

Dentre as propriedades físicas do líquido a viscosidade é a de maior estudo dos escoamentos, pois ela oferece resistência interna que causa fricção entre as camadas do fluido que se movimentam com velocidades diferentes, dificultando o seu fluxo em tubulações, cavidades de moldes etc.

Além disso, é utilizada para o desenvolvimento e controle de qualidade de produtos, sendo crucial sua medição para inúmeras industrias nos campos da química, farmácia e produção de alimentos, entre outras (BUIOCHI, et al., 2003; VERTCHENKO & VERTCHENKO, 2017).

A viscosidade pode ser classificada por fluidos newtoniano e não newtoniano:

  • Fluido newtoniano: a viscosidade é constante com a variação na taxa e a tensão de cisalhamento. A tensão é diretamente proporcional à taxa de deformação. Exemplos: óleos e soluções de polímeros (FERREIRA, 2005).
  • Fluidos não-newtonianos: a tensão de cisalhamento não é diretamente proporcional à taxa de deformação. Os valores da viscosidade mudam com a variação nos valores da taxa de cisalhamento. Esses valores de viscosidade são considerados como viscosidade aparente, podendo aumentar ou diminuir, de acordo com as características de cada fluido (FERREIRA, 2005).

Significado e uso

Muitos derivados de petróleo, e alguns materiais não petrolíferos, são usados como lubrificantes e a operação correta do equipamento depende da viscosidade apropriada do líquido que está sendo usado. Além disso, a viscosidade de muitos combustíveis petrolíferos é um fator importante para a estimativa de armazenamento, manuseio e condições operacionais ideais. Assim, a determinação precisa da viscosidade é essencial para muitas especificações de produto (ASTM International, 2020).

Para calcular a viscosidade dos produtos, é necessário seguir métodos descritos por normas. Abaixo iremos ver algumas dessas normas:

ASTM D445 – 03

Este é o método de Teste Padrão para Viscosidade Cinemática de Líquidos Transparentes e Opacos (e o cálculo da viscosidade dinâmica).  Este método especifica um procedimento para a determinação da viscosidade cinemática, dos produtos de petróleo líquido, transparentes e opacos, medindo o tempo para que um volume de líquido corre sob gravidade através de um viscosímetro capilar de vidro calibrado.

A viscosidade dinâmica é obtida multiplicando a viscosidade cinemática pela densidade do líquido. Portanto, o resultado obtido com este método depende do comportamento da amostra e se destina a aplicação de líquidos para os quais a tensão de cisalhamento e as taxas de cisalhamento são proporcionais (comportamento do fluido newtoniano).

Se, no entanto, a viscosidade varia significativamente com a taxa de cisalhamento, diferentes resultados podem ser obtidos a partir de viscosímetros capilares de diferentes diâmetros. O procedimento e os valores de precisão para óleo combustível residual, que, em algumas condições, exibem comportamento não-newtoniano, também foram incluídos. A faixa de viscosidades cinemáticas abrangidas por este método varia de 0,2 a 300 000 mm2/s em uma faixa de temperatura (0-100°C). A unidade do SI usada neste método de ensaio para viscosidade cinemática é mm2/segundo, e a unidade do SI usada neste método de ensaio para viscosidade dinâmica é mPa·s. Como referência para o usuário, 1 mm2/segundo = 10-6 m2/segundo = 1 cSt e 1 mPa·s = 1 cP = 0,001 Pa·s.

O equipamento de viscosidade cinemática automático indicado que atende esta norma são: S-flow IV+, viscosímetro BitUVisc e U-Visc.

ASTM D446 – 12(2017)

Esta norma segue uma especificação padrão que abrange as instruções operacionais para viscosímetros cinemáticos capilares de vidro dos tipos: Viscosímetros Ostwald modificados (ex.: viscosímetro de rotina Cannon-Fenske, viscosímetro Pinkevitch); Viscosímetros de nível suspenso (ex.: viscosímetro de Ubbelohde, de Bulbo-Ubbelohde  e viscosímetro de Diluição de Cannon-Ubbelohde, DIN Ubbelohde); Viscosímetros de fluxo reverso (ex.: viscosímetro opaco de Cannon-Fenske, viscosímetros Cross-Arm Zeitfuchs).

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Variações comuns do viscosímetro. (FICTH, 2013)

Norma aprovada para uso por agências do Departamento de Defesa, abrange alguns viscosímetros amplamente usados e adequados para uso de acordo com o Método de ensaio D445. Outros viscosímetros capilares de vidro, que são capazes de medir a viscosidade cinemática dentro dos limites de precisão dados no Método de ensaio D445, podem ser usados. Os valores indicados no sistema internacional de unidades devem ser considerados como padrão. Nenhuma outra unidade de medida está incluída nesta norma.

O equipamento de viscosidade cinemática automático indicado que atende esta norma seriam o viscosímetro BitUVisc e U-Visc.

ASTM D7279

Este método de ensaio abrange a medição da viscosidade cinemática de líquidos transparentes e opacos; como óleos de base, óleos formulados, óleo diesel, biodiesel, misturas de biodiesel, óleos combustíveis residuais, combustíveis navais e óleos lubrificantes usados, ​​usando um viscosímetro Houillon no modo automatizado S-FLOW IV+

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Tubo tipo Houillon

A faixa de viscosidade cinemática capaz de ser medida por este método de teste é de 2 mm2/s a 2500 mm2/s. O intervalo depende da constante do tubo utilizada.

No mais a faixa de temperatura que o aparelho deve atingir está entre 20°C e 120°C. No entanto, a precisão foi determinada apenas para a faixa de viscosidade: 2 mm2/s a 478 mm2/s a ​​40°C para óleos base, óleos formulados, óleo diesel, biodiesel e misturas de biodiesel; 3 mm2/s a 106 mm2/s a ​​100°C para óleos básicos e óleos formulados; 25 mm2/s a 150 mm2/s a ​​40°C e 5 mm2/s a 16 mm2/s a ​​100°C para óleos lubrificantes usados; 25 mm2/s a 2500 mm2/s a ​​50°C e 6 mm2/s a 110 mm2/s a ​​100°C para combustíveis residuais. A faixa de viscosidade de um tubo Houillon é baseada no tempo de fluxo de 30s a 200s.

Os valores indicados nas unidades SI devem ser considerados como padrão. Nenhuma outra unidade de medida está incluída nesta norma.

O equipamento de viscosidade cinemática automático indicado que atende esta norma seria o S-Flow IV+.

ASTM D2270

É uma norma padrão para o cálculo do índice de viscosidade de produtos petrolíferos, como óleos lubrificantes, e materiais relacionados a partir da variação na viscosidade cinemática a mudanças na temperatura entre 40°C e 100°C. O índice de viscosidade é utilizado na prática como um número único, indicando dependência da temperatura da viscosidade cinemática. No entanto,  esta prática não se aplica a produtos petrolíferos com viscosidade cinemática inferior a 2,0 mm2/s a ​​100°C. Os valores indicados nas unidades SI devem ser considerados como padrão. Para referência do usuário, 1 mm2/s = 10-6 mm2/s = 1 cSt.

O equipamento de viscosidade cinemática automático indicado que atende esta norma é o S-Flow IV+.

ASTM D2170

Esta norma atende ao método de teste padrão para viscosidade cinemática de asfaltos, determinando a consistência do asfalto líquido, óleo de estrada e resíduos de destilação de asfalto líquido, todos a 60°C [140°F] e de ligantes de asfalto líquido a 135°C [275°F] na faixa de 6 a 100.000 mm2/s [cSt]. Além disso as especificações são geralmente em temperaturas de 60 e 135°C.

Portanto o equipamento de viscosidade cinemática automático indicado que atende esta norma é o viscosímetro BitUVisc.

Tipos comuns de viscosímetro cinemático

  •  Sistemas manuais de banho com temperatura constante

Nesses sistemas, os capilares de fluxo direto são imersos em um banho de temperatura controlada. Uma amostra de óleo é aspirada para dentro do tubo até atingir o ponto inicial. Logo, a sucção é liberada para fazer o óleo fluir por gravidade através da seção capilar controlada do tubo. ASTM D 445 é a técnica de viscosidade cinemática e foi inicialmente escrita para o método manual.

Entretanto as  desvantagens dos sistemas manuais de banho com temperatura constante são: para óleos opacos/escuros requerem etapas adicionais; são necessários pelo menos 10 ml de óleo; a limpeza manual é necessária para os tubos; operação lenta e requer que o operador monitore o tempo manualmente (normalmente 10 amostras por hora).

  •  Sistemas viscosidade cinemática automático

A BIOVERA em parceria com a Omnitek fornece equipamentos para o cálculo de viscosidade cinemática automáticos, apresento alguns modelos e suas vantagens:

  1.  Viscosímetro automático Omnitek S-Flow IV+

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O sistema oferece todas as vantagens testadas e comprovadas de um projeto de tubo do tipo Houillon, entre elas:

  • Aplicável a combustíveis, óleos básicos, óleos formulados e produtos petrolíferos, bem como fluidos à base de água;
  • Em total conformidade com a ASTM D7279 e, como tal, fornece correlação completa com a ASTM D445.
  • Amostrador automático opcional;
  • Alcance de medição: 0,3 – 3000 mm2/s para 40ºC;
  • Alto rendimento: até 80 amostras por hora;
  • Substituição rápida e fácil do tubo padrão de fluxo;
  • Pequeno volume de amostra (0,3-1ml) por teste;
  • Baixo consumo de solvente (2-3mL) por ciclo;
  • Tudo controlado a partir de uma interface central do usuário que cuida do armazenamento de resultados, controle de amostrador automático, cálculos de viscosidade e muito mais;
  • Inclui limpeza com solvente duplo automático e teste duplo integrado, que obtém 2 determinações de tempo de fluxo com apenas 1 injeção de amostra;
  • Tempo do ciclo é de 3 a 10 minutos por tubo;
  • Testes simultâneos a 2 temperaturas em um sistema de 2 banhos com 2 tubos em cada banho, fornecendo um total de 4 tubos que funcionam de forma independente possibilitando o uso dos dois banhos na mesma temperatura, ou a uma temperatura diferente, variando de 20°C a 120°C.

Para maiores detalhes do Viscosímetro automático Omnitek S-Flow IV , clique aqui.    

     2. Viscosímetro automático Omnitek U-Vis

Viscosímetro cinemático automático Omnitek U-Visc

O sistema oferece todas as vantagens testadas e comprovadas de um projeto de tubo do tipo Design Ubbelohde, entre elas:

  • Aplicável a combustíveis, óleos básicos, óleos formulados e outros produtos petrolíferos. Adequado para fluidos petroquímicos e amostras de soluções diluídas;
  • Total conformidade com a norma ASTM D445, D446, ISO 3104 / 3105, IP 71;
  • Alcance de medição: 0,15 e 25.000 mm2/s para 40°C;
  • Totalmente automático;
  • Carrossel com amostrador automático;
  • Alto rendimento autônomo, de 10-40 amostras por hora;
  • Facilidade de uso e confiabilidade e troca do tubo viscosímetro;
  • Enchimento do viscosímetro pelo método de vácuo ou pressão;
  • Requer apenas 8-16 ml de amostra;
  • Disponível com limpeza com um ou dois solventes com baixo consumo de solvente, aproximadamente 12-15 ml para cada ciclo de limpeza, reduzindo assim gastos na compra e destinação de resíduos;
  • Possui 1 banho com 1 ou 2 tubos, até 2 banhos com 1 ou 2 tubos por banho, onde cada banho funciona independentemente. Cada banho possui uma bandeja de amostragem com 16 amostras por tubo, permitindo operação autônoma em diferentes temperaturas;
  • Controle independente ou PC;
  • Para coleta, armazenamento, cálculos e relatórios de dados, é fornecido com o instrumento um aplicativo de software para PC avançado, que pode portanto coletar dados de vários instrumentos simultaneamente;
  • Quimicamente resistente a uma ampla gama de fluidos e solventes;
  • Versões diferentes disponíveis, cobrindo uma ampla variedade de requisitos;
  • Design compacto;

Para maiores detalhes do Viscosímetro automático Omnitek U-Vis, clique aqui.

     3.  Viscosímetro automático Omnitek BitUVisc

Viscosímetro cinemático automático Omnitek BitUVisc

O sistema oferece todas as vantagens testadas e comprovadas de um projeto de tubo do tipo Design Ubbelohde, como por exemplo:

  • Ideal para amostras altamente viscosas e instáveis, exemplo: combustíveis, óleos de base, óleos formulados, amostras altamente viscosas, como resíduos de vácuo, aditivos, produtos em bruto, ceras, óleos combustíveis pesados, polímeros, asfalto, etc.
  • Total conformidade com a norma ASTM D445, ASTM D446, ASTM D2170, AASHTO T201.
  • Alcance de medição: 0,75 a 120.000 mm2/s para 40°C;
  • Controle de temperatura extremamente preciso, 15-150°C;
  • Máximo rendimento, de 2 a 4 medições por hora;
  • Troca fácil do tubo viscosímetro;
  • Medição e limpeza totalmente automáticas;
  • Introdução da amostra por vácuo;
  • Controle independente ou PC;
  • Limpeza com solvente duplo pré-aquecido;
  • Quimicamente resistente a uma ampla gama de fluidos e solventes;

Além disso, o modelo possui um design compacto.

Para maiores detalhes do Viscosímetro automático Omnitek BitUVisc, clique aqui.

Enfim, se ainda ficou com dúvidas quanto ao processo ou sobre as especificações dos nossos equipamentos, entre em contato e fale com um de nossos especialistas.

Lembrando que você pode adquirir nossos equipamentos por Importação Direta, onde o preço ofertado não inclui a carga tributária nem custos de internação, como frete e seguro.

REFERENCIAS

Viscosidade Cinemática: Conceitos, Normas ASTM e Equipamentos

ASTM:

  •  D445-03, Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (the Calculation of Dynamic Viscosity), ASTM International, West Conshohocken, PA, 2003, DOI: 10.1520/D0445-03, www.astm.org.
  • D446-12(2017), Standard Specifications and Operating Instructions for Glass Capillary Kinematic Viscometers, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017,  DOI: 10.1520/D0446-12R17, www.astm.org.
  •  D2170 / D2170M-18, método de teste padrão para viscosidade cinemática de asfalto, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2018, www.astm.org.
  •  D2270-10 (2016), Prática padrão para o cálculo do índice de viscosidade da viscosidade cinemática a 40 ° C e 100 ° C, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, www.astm.org.
  •  D7279-18e1, Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids by Automated Houillon Viscometer, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2018, www.astm.org.ASTM International, 2020. Disponível em: <https://www.astm.org/>. Acesso em: 25 de março de 2020.
  • BUIOCHI, F.; HIGUTI, R.T.; FURUKAWA, C.M.; SILVA, E.C.N.; ADAMOWSKI, J.C.. Medição de viscosidade de líquidos pelo método de múltiplas reflexões acústicas com conversão de modo. Sba Controle & Automação [online]. vol.14, n.3, pp.278-284, 2003.
  • FERREIRA, E.E.; BRANDÃO, P.R.G; KLEIN, B.; PERES, A.E.C. Reologia de suspensões minerais: uma revisão. Rem: Rev. Esc. Minas, Ouro Preto, v. 58, n. 1, p. 83-87, 2005.FITCH, B. Anatomy of a Viscometer. Tulsa: Noria. Ago. 2013. Disponível em:

<https://www.machinerylubrication.com/Read/29451/anatomy-of-viscometer>. Acesso em: 27 de março de 2020.