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Viscosimètres de laboratoires et de process pour mesurer la viscosité :

Les viscosimètres de laboratoires :

Au laboratoire, nous retrouvons premièrement une panoplie d’appareils de mesure, du plus simple au plus sophistiqué, qui permettent de mesurer la viscosité dynamique ou la viscosité cinématique, voire le comportement rhéologique des fluides. À savoir, les mesures au laboratoire ne permettent pas d’assurer un contrôle optimal d’un processus industriel; au fur et à mesure du prélèvement de l’échantillon mais aussi de son acheminement au laboratoire ainsi que du temps de mesure proprement dit.

Les viscosimètres de process :

Les viscosimètres dits “de process” sont des instruments de mesure installés dans les procédés industriels.

On les retrouve dans la littérature technique sous les noms de viscosimètres en ligne; “viscosimètres inline“; “in-line” quand ils sont installés directement sur la canalisation.

On les trouvent également sous les noms : “viscosimètres online“; “on-line“. À la suite de cela installés sur une dérivation ainsi qu’un by-pass.

A savoir, les viscosimètres de process doivent en règle générale répondre à des contraintes bien spécifiques :

• Installé directement dans des canalisations, cuves tank ou réacteurs
• Résiste aux conditions du procédé et à l’environnement industriel (température, pression, corrosion, encrassement, pluie, humidité, salinité, …)
• Conformes aux règlementations en vigueur (équipements fonctionnant en zones explosibles, équipements fonctionnant sous pression, …)
• fonctionner automatiquement
• fournir une mesure instantanément et en continu
• nécessiter le minimum de maintenance
• être répétables

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La viscosité est très importante pour toute une série de produits; pour que celle-ci soit adéquats, les risques de gâcher du produit est beaucoup plus important. Afin de maintenir vos matières à la bonne texture. Il est nécessaire de faire les bons calculs, gérer les conditions de stockage ainsi que la température

Pour le calcul de viscosité à compensation de température de référence

Les processeurs de viscosité élaborés permettent de calculer la viscosité à la température de référence; grâce aux mesures simultanées de la viscosité et de la température dans le process:

η_{Température de référence} = f(η_{Température de process}, Τ_process )

Ce calcul, appelé compensation de température, est possible lorsque des données concernant l’influence de la température sur un produit de référence au comportement proche du produit mesuré sont disponibles. Ces données peuvent se présenter soit sous la forme d’une table, d’une courbe ou d’une équation.

La précision de l’extrapolation de la viscosité compensée en température dépend naturellement de celle des données, de l’écart de comportement entre le produit de référence et le produit réel, et de la différence entre les températures de process et de référence. Pour les produits pétroliers, dont le comportement peut être décrit grâce aux relations mathématiques de la norme ASTM D 341-93, la compensation de température donne de très bons résultats.

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Mesure de la viscosité de la cinématique des fluides

Viscosité (du latin viscum) n. f. : Etat de ce qui est visqueux. PHYS Propriété qu’a tout fluide d’opposer une résistance aux forces qui tendent à déplacer les unes par rapport aux autres les particules qui le constituent.  Source : © Hachette Livre, 1997

En ce domaine, les liquides newtoniens sont testés à l’aide d‘un viscosimètre capillaire. La viscosité s’exprime en unités de viscosité cinématique. La gravité s’utilise comme force entraînant le liquide à travers le capillaire. Ainsi, la masse volumique de l’échantillon est un paramètre additionnel.

La viscosité cinématique et la viscosité dynamique sont liées par la formule suivante :

ν=η/ρ (m²/s)    avec   

ν = viscosité cinématique en m²/s,   

η = viscosité dynamique en Pa.s 

et 

ρ = masse volumique en kg/m³

La viscosité cinématique était précédemment exprimée en “stokes” [St] ou en “centistokes” [cSt].

1 cSt = 1 mm²/s = 10^-6 m²/s  sachant que 1St = 100 cSt

Pour un liquide de masse volumique proche de 1000kg/m³ (densité = 1), on peut faire l’approximation suivante : 1cSt = 1cP  (voir viscosité dynamique).

A noter : Les valeurs “secondes Coupe Ford”, “Degrés Engler”, “seconde Saybolt ou Redwood” ne sont que des valeurs relatives de viscosité qui, pour des liquides non-newtoniens, ne peuvent être converties en valeurs de viscosité absolue η ou ν.

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Le contrôle en continu de la viscosité dynamique, facteur d’une qualité optimale du produit final

Viscosité (du latin viscum) n. f. : Etat de ce qui est visqueux. PHYS Propriété qu’a tout fluide d’opposer une résistance aux forces qui tendent à déplacer les unes par rapport aux autres les particules qui le constituent.  Source : © Hachette Livre, 1997

Isaac Newton fut le premier à établir la loi fondamentale de la viscosimétrie décrivant le comportement de l’écoulement d’un liquide idéal.

τ = η.D où τ = contrainte tangentielle (N/m²) et D ou g = gradient de vitesse (n-1)

La solution de cette équation pour la viscosité dynamique donne : η = τ/D en Pa.s

A noter : dans le système SI, l’unité est le Pascal.seconde (Pa.s) ou encore le milliPascal.seconde (mPa.s). En milieu industriel nous trouvons d’autres unités dont les plus utilisées sont la centipoise (cP) et la poise (P) :

• 1 Pa.s = 1 000 mPa.s
• 1 mPa.s = 1 cP
• 1 P = 100 cP

Valeurs typiques de viscosité à 20 °C (mPa.s) :

• Acétone : 0,32
• Eau : 1
• Mercure : 1,5
• Jus de pamplemousse : 2~5
• Sang (à 37°C) : 4~15
• Café crème : 10
• Huile d’olive : 10²
• Miel : 10⁴
• Goudron : 10⁶
• Bitume : 10⁸

Ainsi donc, la viscosité des liquides diminue lorsque la température augmente.

Dans l’industrie, la viscosité a une très grande importance pratique, car elle conditionne l’écoulement des fluides dans les canalisations et le long des parois. Elle permet de mesurer directement ou indirectement certaines caractéristiques des produits (texture, taille de polymère…). Elle conditionne le bon fonctionnement des processus (combustion, imprimerie, couchage…).

Lors des processus de fabrication industriels, les viscosimètres à vibration certifiés anti-déflagrant (ATEX) et/ou sanitaire 3A apportent toutes les garanties d’un excellent contrôle en continu de la viscosité dynamique, facteur d’une qualité optimale du produit final.

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Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les liquides, les gaz et les plasmas. Gaz et plasmas sont très compressibles, tandis que les liquides le sont très peu.

La viscosité est une caractéristique physique importante de la majorité des liquides fabriqués et s‘utilise dans l’industrie. Elle permet de :

• Caractériser directement la qualité du fluide final (huiles de lubrification, carburants, encres, peintures,…)
• Caractériser indirectement une propriété d’usage du produit final ou en cours de fabrication (teneur en matière sèche, Brix, texture d’une spécialité fromagère, taille de polymère,…)
• Contrôler l’avancement des réactions physico-chimiques en cours de fabrication,
• Assurer le bon fonctionnement d’un équipement et garantir son rendement ou la qualité du produit final (brûleur, moteur, machine à imprimer,…),
• Dimensionner les équipements (pompes, agitateurs,…)

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Cet indicateur sert à caractériser la qualité des lubrifiants et fluides hydrauliques. Il prend en considération l’influence de la température sur la viscosité cinématique du fluide qui diminue lorsque la température augmente et inversement. La viscosité des liquides de lubrification et des fluides hydrauliques est un facteur très important.

L’indice de viscosité est particulièrement s’utilise dans l’industrie pétrolière

Si le lubrifiant est trop visqueux, le processus devra fournir beaucoup plus d’énergie pour mettre les pièces en mouvement. Ceci génère des consommations d’énergie excessive avec réduction des rendements. Si l’huile est trop fluide, la qualité de la lubrification est réduite avec un risque d’usure des pièces en mouvement. Le contrôle précis de l’indice de viscosité permet d’assurer la qualité et la stabilité de l’huile pour une utilisation donnée.

Nous pouvons citer cet exemple concernant la lubrification des moteurs : les huiles de graissage des véhicules à moteur doivent réduire le frottement entre les éléments. Quand le moteur est froid au démarrage (température ambiante) de même lors de son fonctionnement (200° à 300 ° C). Les meilleures huiles correspondant au plus haut indice de viscosité. Ils auront une viscosité « constante » en fonction de leur gamme de température. L’échelle de l’indice de viscosité utilise les températures de référence suivantes :

• 100° Fahrenheit (40° C)
• 210° Fahrenheit (100° C)

A l’origine cette échelle était graduée de 0 à 100 VI (huile de qualité supérieure). Mais actuellement avec l’amélioration des process de fabrication et des additifs nous pouvons trouver des huiles avec un indice largement supérieur. De nos jours, l’indice de certaines huiles synthétiques peut dépasser les 400 VI.

Lors du processus de fabrication des huiles de lubrification le Thermoset MIVI 9731, certifié anti-déflagrant (ATEX), apporte toutes les garanties d’un excellent contrôle en continu de l’indice de viscosité facteur d’une qualité optimale du produit final.

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