DIN 53019-1 Medição de viscosidades e curvas de fluxo usando viscosímetros rotativos - Parte 1: Princípios e geometria de medição

A norma “DIN 53019-1 Viscosímetro - Medição de viscosidades e curvas de fluxo usando viscosímetros rotativos - Parte 1: Princípios e geometria de medição”, publicada pelo Instituto Alemão de Normalização (DIN), descreve os campos de fluxo para medir o comportamento de fluidos newtonianos e não newtonianos em viscosímetros rotativos, especificando geometrias de medição particulares. O comportamento do fluxo é definido pela viscosidade de cisalhamento, função de viscosidade de cisalhamento, curva de viscosidade ou curva de fluxo. As características desta norma são válidas sob as seguintes condições:

O fluido não deve deslizar pelas superfícies de fronteira (adesão à parede).
As forças de aceleração no fluido devem permanecer suficientemente pequenas para que o processo de fluxo seja determinado exclusivamente por um fluxo laminar, permanente e em camadas.
As diferenças de temperatura locais e temporais no fluido devem ser desprezíveis.
Os campos de fluxo são definidos por superfícies de contorno (superfícies de contorno simples), cada uma consistindo de uma casca cilíndrica, uma casca cônica ou uma área circular. Na prática, também são utilizadas superfícies de contorno compostas.
Fronteiras que não sejam essas superfícies de contorno simples não devem afetar o campo de fluxo.
Os erros de oscilação da superfície e os desalinhamentos dos eixos devem ser insignificantes.

Desvios em relação a isso, a menos que sejam compensados pela aplicação de correções (DIN 53019-3), levam a um aumento na incerteza de medição (DIN 53019-2).

Ao utilizar viscosímetros rotativos, é necessário levar em consideração as propriedades do fluido, as características do processo de escoamento, o projeto dos instrumentos e os desvios sistemáticos decorrentes do procedimento experimental. A norma DIN 53019-3 exige um campo de escoamento constante entre superfícies que giram a uma velocidade angular constante.

As seguintes situações estão excluídas do âmbito desta aplicação:

Operações de abertura e fechamento e vibrações torcionais (oscilações)
Adicionando outros fluxos básicos além do fluxo rotacional.
Desvios de medição de tempo puro, velocidade e torque (DIN 53019-2)
Variações de temperatura, cisalhamento ou tensão de cisalhamento.

Na medida em que os fatores que influenciam os desvios sistemáticos de medição possam ser determinados quantitativamente, a norma DIN 53019-3 fornece informações sobre as correções relevantes. Para os desvios de medição que não podem ser corrigidos, são fornecidas orientações sobre como evitá-los e estimar o desvio para uso em cálculos de incerteza.

A norma DIN 53019-1 especifica os princípios e requisitos fundamentais para a medição da viscosidade (viscosidade dinâmica) e das curvas de fluxo (comportamento reológico sob diferentes taxas de cisalhamento) utilizando viscosímetros rotativos. Em particular, ela enfatiza o uso de geometrias de medição com cilindros coaxiais (cilindros concêntricos), amplamente aceitas como sistemas de medição absoluta.

Em um viscosímetro rotacional, um eixo (cilindro interno) gira dentro de um recipiente (cilindro externo) preenchido com a amostra. O torque necessário para manter uma velocidade de rotação específica é medido, permitindo o cálculo da tensão de cisalhamento e da taxa de cisalhamento (e, portanto, dos valores absolutos de viscosidade) quando a geometria atende a critérios definidos.

As principais vantagens das geometrias em conformidade com a norma DIN 53019-1 são as seguintes:

Uma folga anular estreita e definida entre o cilindro e a carcaça garante uma velocidade de deslizamento quase constante ao longo do espaço.
Resultados de viscosidade absoluta (calculável), e não apenas valores relativos/comparativos.
É adequado para fluidos newtonianos e muitos fluidos não newtonianos.

O conteúdo principal desta norma é o seguinte:

Princípios da medição rotacional: torque, velocidade angular, tensão de cisalhamento, taxa de cisalhamento e viscosidade.
Requisitos geométricos para sistemas de medição (especialmente cilindros coaxiais):
Proporções específicas entre os raios interno e externo do cilindro.
Restrições na largura da folga para garantir uma área de cisalhamento uniforme.
Efeitos de borda e suavização de bordas.
Condições para medições válidas (ex.: fluxo laminar, ausência de cisalhamento nas paredes, controle de temperatura).
Fórmulas de cálculo para taxa de cisalhamento, tensão de cisalhamento e viscosidade.
Diretrizes sobre tipos de amostra adequados (líquidos com partículas de até aproximadamente 100 µm em arranjos de cilindros concêntricos).

A norma DIN 53019 está intimamente alinhada com a norma ISO 3219 (que também abrange viscosímetros rotacionais com geometrias de cilindros coaxiais definidas para medições absolutas). Isso contrasta com a norma ISO 2555 (ou DIN EN ISO 2555), que se aplica a medições relativas usando geometrias geralmente indefinidas. Enquanto a norma DIN 53019 permite valores de viscosidade absoluta verdadeiros, os resultados da norma ISO 2555 são mais específicos para cada instrumento e configuração.

Essa norma é comum nas seguintes áreas:

Controle de qualidade de tintas, revestimentos, vernizes, adesivos e polímeros.
Indústria alimentícia (molhos, emulsões)
Cosméticos e produtos farmacêuticos
Produtos petroquímicos (óleos, lubrificantes)

A Parte 2 desta norma (DIN 53019-2) aborda os procedimentos de medição, calibração e avaliação, complementando a primeira parte (DIN 53019-1), que se concentrou nos princípios e na geometria do equipamento.

Consequentemente, a norma DIN 53019-1 fornece a estrutura fundamental para a determinação precisa, reproduzível e absoluta da viscosidade utilizando viscosímetros rotativos com geometrias de cilindros coaxiais bem definidas. Ela continua sendo uma referência essencial em laboratórios europeus de reologia e ensaios de materiais.

Há muitos anos, nossa organização, com sua equipe competente e experiente, compreende as necessidades de seus clientes, fornecendo os serviços avançados de ensaio que eles exigem e auxiliando-os no estabelecimento, implementação e aprimoramento de sistemas de gestão. Nesse contexto, também oferecemos serviços de ensaio em conformidade com a norma DIN 53019-1.