No entanto, selecionar o viscosímetro ideal para uma determinada amostra pode ser um desafio, considerando a ampla variedade de equipamentos disponíveis no mercado e as diferentes características que cada amostra pode apresentar. Este texto visa orientar profissionais e pesquisadores na escolha do viscosímetro rotacional mais adequado para suas necessidades específicas, abordando os principais critérios a serem considerados nessa decisão.
A viscosidade é uma propriedade física fundamental que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento. Esta propriedade influencia diretamente o comportamento dos materiais em diversas aplicações industriais, desde a produção de alimentos até a fabricação de cosméticos, medicamentos e tintas. A medição precisa da viscosidade é, portanto, essencial para garantir a qualidade dos produtos, otimizar processos de fabricação e desenvolver novas formulações.
Entendendo a Viscosidade e sua Importância
Antes de discutir como escolher o viscosímetro ideal, é importante compreender o que é viscosidade e por que sua medição é tão relevante. A viscosidade representa a resistência interna de um fluido ao fluxo quando submetido a uma força externa. Em termos práticos, é a propriedade que diferencia um líquido “fino” como a água de um líquido “espesso” como o mel.
A medição da viscosidade é crucial em diversos contextos industriais e científicos. Com base nessa propriedade, decisões importantes são tomadas, como:
- Projeto de máquinas e plantas de produção, considerando o fluxo dos materiais através de tubulações, bombas e misturadores
- Seleção da embalagem e método de entrega mais adequados para produtos líquidos e semissólidos
- Avaliação do impacto da temperatura no comportamento do produto final
- Desenvolvimento de produtos com viscosidade semelhante aos existentes no mercado, garantindo a aceitação pelo consumidor
- Análise de matérias-primas alternativas de menor custo, assegurando que não comprometam as características do produto final
Aplicações típicas incluem o desenvolvimento e controle de qualidade de adesivos, cosméticos, alimentos processados, tintas, revestimentos, solventes, produtos petrolíferos, plásticos e produtos farmacêuticos. Em cada um desses setores, a viscosidade adequada é um parâmetro crítico para a funcionalidade e aceitação do produto.
Princípios de Funcionamento de um Viscosímetro Rotacional
Os viscosímetros rotacionais, também conhecidos como viscosímetros tipo Brookfield, operam com base em um princípio relativamente simples, mas extremamente eficaz. Estes equipamentos medem a viscosidade através da determinação do torque necessário para girar um elemento (spindle) imerso na amostra a uma velocidade específica.
O funcionamento básico envolve a inserção de um spindle cilíndrico em um recipiente contendo a amostra líquida. O motor do viscosímetro aplica um torque para colocar o spindle em movimento rotacional a uma velocidade controlada. A resistência oferecida pelo fluido a esse movimento é proporcional à sua viscosidade. O equipamento mede o torque necessário para manter a rotação constante e, através de cálculos internos, converte essa medida em unidades de viscosidade, como centipoise (cP) ou miliPascalsegundo (mPa•s).
Uma característica importante dos viscosímetros rotacionais é sua capacidade de medir tanto fluidos newtonianos quanto não-newtonianos. Fluidos newtonianos, como óleos minerais e água, mantêm viscosidade constante independentemente da taxa de cisalhamento aplicada. Já os fluidos não-newtonianos, como ketchup ou soluções de amido, apresentam viscosidade variável conforme a taxa de cisalhamento, podendo diminuir (pseudoplásticos) ou aumentar (dilatantes) com o aumento da velocidade.
Critérios Fundamentais para Escolha do Viscosímetro
Ideal
A seleção do viscosímetro mais adequado para uma determinada aplicação deve considerar diversos fatores relacionados tanto às características da amostra quanto às necessidades específicas do processo de medição. A seguir, apresentamos os critérios mais relevantes que devem orientar essa escolha.
Faixa de Viscosidade da Amostra
Para amostras de baixa viscosidade, como sucos, solventes, óleos comestíveis, tintas líquidas e sabonetes líquidos, com valores entre 1 e 6.000.000 mPa•s, o modelo ROTAVISC lo-vi é o mais indicado. É importante observar que, para viscosidades muito baixas (abaixo de 100 mPa•s), pode ser necessário utilizar um acessório específico, como o ELVAS-1 que amplia a capacidade do equipamento para medições de viscosidade extremamente baixa.
Amostras de média viscosidade, como tintas espessas, vernizes, maionese, produtos lácteos e ketchup, com valores entre 100 e 40.000.000 mPa•s, são melhor analisadas com o modelo ROTAVISC me-vi. Este equipamento oferece o equilíbrio ideal entre sensibilidade e robustez para esta faixa de viscosidade.
Para materiais de alta viscosidade, como pastas, pomadas, melaço e géis, com valores entre 200 e 80.000.000 mPa•s, o modelo ROTAVISC hi-vi I é o mais adequado. Este equipamento possui um motor mais potente e componentes reforçados para lidar com a maior resistência oferecida por esses materiais.
Finalmente, para amostras de viscosidade extremamente alta, como pastas muito densas, pomadas espessas e géis altamente viscosos, com valores entre 800 e 320.000.000 mPa•s, o modelo ROTAVISC hi-vi II é a escolha ideal. Este é o equipamento
mais robusto da linha, capaz de lidar com os materiais mais viscosos encontrados em aplicações industriais e laboratoriais.
Comportamento Reológico da Amostra
O comportamento reológico da amostra é outro fator crucial na escolha do viscosímetro ideal. Diferentes tipos de fluidos apresentam comportamentos distintos quando submetidos a forças de cisalhamento, o que influencia diretamente o tipo de
equipamento e acessórios necessários para uma medição precisa.
Para fluidos newtonianos, que mantêm viscosidade constante independentemente da taxa de cisalhamento aplicada, qualquer modelo de viscosímetro rotacional pode ser adequado, desde que compatível com a faixa de viscosidade da amostra. Exemplos típicos incluem água, óleos minerais e óleos de silicone. Nestes casos, a escolha do equipamento deve se basear principalmente na faixa de viscosidade esperada.
Já para fluidos não-newtonianos pseudoplásticos, que apresentam diminuição da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento, como ketchup, tintas e polímeros em solução, é recomendável utilizar modelos com ampla faixa de velocidade (0,01 – 200 rpm). Esta característica permite realizar uma caracterização completa do comportamento reológico da amostra em diferentes condições de cisalhamento, fornecendo informações valiosas sobre seu comportamento em diferentes situações de processamento e uso.
Para fluidos não-newtonianos dilatantes, que apresentam aumento da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento, como suspensões concentradas de amido, é essencial utilizar modelos com controle preciso de torque e proteção contra sobrecarga. Estes fluidos podem exercer forças inesperadamente altas sobre o spindle em velocidades mais elevadas, potencialmente danificando o equipamento se não houver mecanismos de proteção adequados.
Volume de Amostra Disponível
O volume de amostra disponível para teste é um fator prático que frequentemente é negligenciado na escolha do viscosímetro, mas que pode ser determinante em muitas situações. Em contextos de pesquisa e desenvolvimento, por exemplo, muitas vezes as amostras são produzidas em pequenas quantidades, tornando crucial a capacidade de realizar medições com volumes reduzidos.
Para medições padrão utilizando spindles convencionais, é necessário um volume de aproximadamente 500 ml em um béquer de 600 ml (forma baixa).
No entanto, quando o volume de amostra é limitado, seja por seu alto valor, dificuldade de obtenção ou por se tratar de um produto em fase inicial de desenvolvimento, é recomendável utilizar acessórios específicos para pequenos volumes, como o VOLS-1. Este adaptador permite realizar medições precisas com volumes significativamente menores, otimizando o uso de amostras valiosas ou escassas.
É importante ressaltar que, ao utilizar volumes reduzidos, é necessário ter atenção redobrada à temperatura da amostra, uma vez que volumes menores são mais suscetíveis a variações térmicas rápidas, o que pode afetar significativamente os resultados da medição de viscosidade.
Características Físicas Específicas da Amostra
Além da viscosidade e do comportamento reológico, outras características físicas da amostra podem exigir considerações especiais na escolha do viscosímetro e seus acessórios. Estas características podem incluir a presença de partículas em suspensão, tendência a aderir fortemente às superfícies ou necessidade de conformidade com normas técnicas específicas.
Para amostras que contêm partículas em suspensão, como emulsões, suspensões farmacêuticas ou alimentícias, é recomendável utilizar o acessório VAN-1 (Spindles Van). Este acessório é especialmente projetado para medição de viscosidade de suspensões heterogêneas, minimizando os efeitos de sedimentação e garantindo que a medição reflita as propriedades reais da amostra como um todo, não apenas da fase contínua.
Amostras muito pegajosas ou aderentes, como adesivos, resinas ou certos polímeros, podem apresentar desafios adicionais devido à sua tendência a aderir fortemente às superfícies convencionais dos spindles. Nestes casos, o acessório SAS-1 (adaptador em espiral) é particularmente útil. Seu design especial minimiza a adesão excessiva do material, permitindo medições mais precisas e facilitando a limpeza do equipamento após o uso.
Para aplicações que exigem conformidade com normas técnicas específicas, como controle de qualidade em indústrias regulamentadas ou pesquisas que seguem protocolos padronizados, o acessório DINS-1 (adaptador conforme DIN-53019) pode ser necessário. Este adaptador garante que as medições sejam realizadas em estrita conformidade com a norma DIN-53019, amplamente reconhecida em diversos setores industriais.
Condições de Temperatura do Teste
A temperatura é um dos fatores que mais influenciam a viscosidade de um fluido. Na maioria dos líquidos, a viscosidade diminui significativamente com o aumento da temperatura. Por isso, o controle e monitoramento precisos da temperatura são essenciais para obter medições confiáveis e reprodutíveis.
Para testes realizados em temperatura ambiente, qualquer modelo de viscosímetro rotacional equipado com sensor de temperatura PT 100 é adequado. Este sensor permite monitorar a temperatura da amostra durante a medição, garantindo que variações ambientais não comprometam os resultados obtidos.
No entanto, para estudos que envolvem a análise do comportamento reológico em função da temperatura, é fundamental utilizar modelos com capacidade de monitoramento contínuo de temperatura e compatibilidade com sistemas de controle térmico. Os viscosímetros da linha ROTAVISC oferecem uma ampla faixa de operação, de -30°C a 300°C, permitindo estudar o comportamento de materiais em condições extremas de temperatura.
Esta capacidade é particularmente valiosa em setores como o alimentício, onde produtos como chocolates e gorduras apresentam comportamentos reológicos complexos e altamente dependentes da temperatura, ou na indústria petroquímica, onde óleos e lubrificantes precisam manter propriedades adequadas em amplas faixas de temperatura operacional.
Precisão e Repetibilidade Necessárias
Diferentes aplicações exigem diferentes níveis de precisão e repetibilidade nas medições de viscosidade. Em contextos de controle de qualidade rigoroso ou pesquisa e desenvolvimento avançado, a alta precisão é fundamental para detectar pequenas variações que podem ter impactos significativos no desempenho do produto final.
Os viscosímetros rotacionais da linha ROTAVISC oferecem alta precisão (±1%) com excelente repetibilidade (±0,2%), atendendo aos requisitos mais exigentes de laboratórios de pesquisa e controle de qualidade. Esta precisão é essencial para garantir a consistência de produtos sensíveis, como formulações farmacêuticas, cosméticos premium ou alimentos processados de alta qualidade.
Para garantir a manutenção desta precisão ao longo do tempo, é recomendável realizar verificações periódicas utilizando líquidos padrão com viscosidade conhecida a 25°C. A frequência destas verificações deve seguir o protocolo estabelecido pelo laboratório, considerando a intensidade de uso do equipamento e a criticidade das medições realizadas.
É importante ressaltar que, além da precisão intrínseca do equipamento, outros fatores podem afetar a qualidade das medições, como a preparação adequada da amostra, o controle da temperatura, a seleção correta do spindle e da velocidade de rotação, e a técnica do operador. Por isso, o treinamento adequado da equipe e a padronização dos procedimentos são tão importantes quanto a escolha do equipamento adequado.
Funcionalidades Adicionais Necessárias
Dependendo da complexidade das análises a serem realizadas, funcionalidades adicionais podem ser determinantes na escolha do viscosímetro ideal. Estas funcionalidades podem facilitar o trabalho do operador, aumentar a produtividade do laboratório e fornecer informações mais detalhadas sobre o comportamento reológico das amostras.
Para estudos detalhados que exigem análise gráfica em tempo real, como o desenvolvimento de formulações complexas ou a caracterização completa de novos materiais, modelos com função gráfica e display TFT 4,3″ são particularmente úteis. Estas características permitem visualizar instantaneamente parâmetros como taxa de cisalhamento, tensão de cisalhamento, temperatura, RPM, torque e viscosidade em função do tempo, facilitando a interpretação dos resultados e a identificação de comportamentos não-lineares.
Em laboratórios com alta demanda de análises ou que realizam testes padronizados repetitivos, a capacidade de programação de testes é uma funcionalidade valiosa. Os modelos com funções de rampas e programas permitem automatizar sequências de medição, definindo parâmetros como velocidade, tempo de medição e critérios de finalização. Isto não apenas aumenta a produtividade, mas também melhora a reprodutibilidade dos resultados ao minimizar variações na execução dos testes.
Para integração com sistemas de gestão da qualidade ou para documentação detalhada dos resultados, a capacidade de exportação de dados é essencial. Modelos equipados com interfaces USB, RS232 ou saída analógica permitem transferir os dados de medição para computadores ou sistemas de registro, facilitando o armazenamento, análise estatística e rastreabilidade das informações.
Conformidade com Normas e Padrões
Em muitos setores industriais, especialmente aqueles sujeitos a regulamentações rigorosas como o farmacêutico, alimentício e petroquímico, a conformidade com normas técnicas específicas é um requisito obrigatório. Nestes casos, a escolha do
viscosímetro deve considerar sua capacidade de realizar medições em conformidade com as normas relevantes para a aplicação.
Os viscosímetros rotacionais da linha ROTAVISC atendem a uma ampla gama de normas internacionais, incluindo DIN 53019, ISO 2555 e diversas normas ASTM, como D 2196-15 (procedimento padrão para propriedades reológicas de materiais não-newtonianos), D2983-17 (viscosidade de óleos a baixas temperaturas) e D 4402-15 (viscosidade de asfalto), entre muitas outras. Além disso, estes equipamentos também estão em conformidade com normas europeias de segurança e compatibilidade eletromagnética, como EN 61010-1 e EN 61326-1.
Esta conformidade com normas reconhecidas internacionalmente não apenas garante a validade dos resultados obtidos, mas também facilita a aceitação destes resultados por clientes, parceiros e órgãos reguladores, tanto no mercado nacional quanto
internacional.
Recomendações Práticas para Seleção do Viscosímetro
Após considerar todos os critérios técnicos discutidos anteriormente, algumas recomendações podem auxiliar na tomada de decisão final sobre o viscosímetro ideal para sua aplicação específica.
Avaliação Preliminar da Amostra
Antes de selecionar um viscosímetro, é altamente recomendável realizar uma avaliação
preliminar das características da amostra. Isto pode incluir:
- Estimativa da faixa de viscosidade esperada, baseada em produtos similares ou literatura técnica
- Identificação do comportamento reológico (newtoniano ou não-newtoniano)
- Avaliação da homogeneidade da amostra (presença de partículas, tendência à separação)
- Determinação da faixa de temperatura de interesse para as medições
Consulta a Especialistas
A consulta a especialistas em reologia ou representantes técnicos dos fabricantes de viscosímetros pode fornecer insights valiosos sobre a melhor configuração para suas necessidades específicas. Muitos fornecedores, como a Alfa Mare, oferecem suporte técnico especializado e podem realizar demonstrações ou testes com suas amostras reais, ajudando a determinar o modelo e acessórios mais adequados.
Consideração de Necessidades Futuras
Ao selecionar um viscosímetro, é importante considerar não apenas as necessidades atuais, mas também possíveis demandas futuras. Se há perspectiva de trabalhar com novos tipos de amostras ou realizar análises mais complexas no futuro, pode ser
vantajoso optar por um modelo mais versátil, mesmo que inicialmente represente um investimento maior.
Avaliação do Custo-Benefício
Finalmente, a avaliação do custo-benefício deve considerar não apenas o preço de aquisição do equipamento, mas também aspectos como:
- Durabilidade e robustez (os viscosímetros ROTAVISC, por exemplo, oferecem garantia de 10 anos)
- Disponibilidade de suporte técnico e manutenção
- Custo e disponibilidade de peças de reposição e acessórios
- Possibilidade de atualizações de software (os modelos ROTAVISC possuem entrada USB para atualização do software)
Um equipamento de maior qualidade, mesmo que inicialmente mais caro, pode representar uma economia significativa a longo prazo, especialmente em ambientes de uso intensivo.
Dicas para Utilização Eficiente do Viscosímetro
Uma vez selecionado o viscosímetro ideal, algumas dicas podem ajudar a garantir medições precisas e confiáveis, além de prolongar a vida útil do equipamento:
Verificação Regular da Calibração
Para garantir a precisão contínua das medições, é recomendável verificar regularmente a calibração do viscosímetro utilizando líquidos padrão com viscosidade conhecida a 25°C. Esta prática permite identificar precocemente possíveis desvios e tomar medidas corretivas antes que afetem os resultados das análises.
Tempo Adequado de Medição
Para obter um valor de viscosidade estável e confiável, o spindle deve completar pelo menos 3 ou 4 voltas completas no meio da amostra. Quanto menor a velocidade de rotação, mais tempo será necessário para a medição. É importante não apressar este processo, especialmente ao trabalhar com fluidos complexos que podem levar mais tempo para atingir um estado estacionário.
Imersão Correta do Spindle
Cada spindle possui uma marca no eixo que indica a profundidade correta de imersão na amostra. Respeitar esta marcação é essencial para obter resultados precisos e comparáveis, uma vez que imersões insuficientes ou excessivas podem afetar significativamente as leituras de viscosidade.
Controle da Temperatura
Como a viscosidade é altamente dependente da temperatura, é fundamental manter a amostra em temperatura constante durante todo o processo de medição. Variações de apenas alguns graus podem resultar em diferenças significativas nas leituras de viscosidade, especialmente para fluidos sensíveis como óleos, polímeros e emulsões.
Interpretação Correta dos Resultados
É importante lembrar que, para fluidos não-newtonianos, a viscosidade medida é válida apenas para as condições específicas de taxa de cisalhamento (determinada pela combinação de spindle e velocidade) utilizadas na medição. Por isso, ao reportar resultados de viscosidade para estes fluidos, é essencial especificar as condições completas do teste, incluindo temperatura, tipo de spindle e velocidade de rotação.
Conclusão
A escolha do viscosímetro ideal para uma determinada amostra é um processo que envolve a consideração cuidadosa de diversos fatores, desde as características intrínsecas do material a ser analisado até as necessidades específicas da aplicação e as condições de teste.
Os critérios fundamentais discutidos neste texto – faixa de viscosidade, comportamento reológico, volume de amostra, características físicas específicas, condições de temperatura, precisão necessária, funcionalidades adicionais e conformidade com normas – fornecem um roteiro abrangente para orientar esta decisão.
Ao seguir estas diretrizes e considerar as recomendações práticas apresentadas, profissionais e pesquisadores podem selecionar o equipamento mais adequado para suas necessidades, garantindo medições precisas e confiáveis que contribuirão para o sucesso de seus projetos de pesquisa, desenvolvimento e controle de qualidade.
Vale ressaltar que, em casos de dúvida ou para aplicações particularmente complexas, a consulta a especialistas em reologia e a realização de testes preliminares com as amostras reais são práticas altamente recomendáveis. Estas abordagens podem revelar aspectos específicos do comportamento da amostra que não seriam evidentes em uma avaliação teórica, permitindo uma escolha mais informada e precisa do viscosímetro ideal.
Finalmente, independentemente do modelo escolhido, a utilização correta do equipamento, seguindo as boas práticas de laboratório e as recomendações do fabricante, é essencial para obter o máximo desempenho e durabilidade do viscosímetro, garantindo resultados confiáveis e consistentes ao longo do tempo.
