Diseño y construcción de un medidor de viscosidad

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26 noviembre, 2019

Aunque parezca simple, lograr la alta precisión requerida por la industria en un medidor de viscosidad es una tarea de magnitud colosal, pues hay muchos factores que afectan la precisión de la medida. En términos económicos, un error de 1% de viscosidad puede resultar en un aumento del costo de un producto que supere el millón de dólares en ingresos perdidos por año.

La importancia crítica de la medición de la viscosidad cinemática llevó a la industria petrolera a desarrollar un método muy preciso publicado por primera vez en 1937 (ASTM D445); el término cinemática implica que la medición se realiza mientras el fluido se desplaza bajo la acción de la fuerza de gravedad. La viscosidad se determina midiendo el tiempo que tarda un volumen de fluido en desplazarse a través de un viscosímetro capilar de vidrio calibrado.

Temperatura

El factor más importante que afecta la calidad de una medición de viscosidad es la temperatura. Por lo tanto, el control de temperatura es el parámetro más importante para obtener mediciones de viscosidad cinemática precisas. Esto es particularmente relevante en el caso de los derivados del petróleo, pues su tasa de cambio de viscosidad por unidad de temperatura es significativamente mayor que otros productos.

La temperatura del baño para las mediciones más comunes (40 – 100 °C) debe controlarse dentro de +/- 0.02 °C, lo que deja una brecha extremadamente estrecha para lograr el control de la medida. Es importante resaltar que la estabilidad de la temperatura es afectada negativamente si se agrega un segundo viscosímetro al baño de prueba durante el mismo tiempo que se usa otro viscosímetro adyacente para una medición. Por lo tanto, usar dos viscosímetros a la vez no mejora la precisión.

Debido a que el procedimiento para calibrar termómetros es bastante complicado (ASTM E77), sí se recomienda el uso de dos termómetros por baño. La uniformidad y estabilidad de la temperatura del baño son otros parámetros importantes. Por lo tanto, la longitud total del medidor de viscosidad debe mantenerse a la temperatura adecuada.

Viscosímetros

Se debe utilizar vidrio de borosilicato de baja expansión completamente recocido para la construcción de todos los viscosímetros. Con respecto al tamaño, debe elegirse de manera que el tiempo de flujo sea de al menos 200 segundos para las determinaciones manuales, de lo contrario, la coordinación ojo-mano del operador se convertirá en un factor importante de variación.

El viscosímetro debe estar calibrado (ASTM D446) antes de realizar cualquier medida de viscosidad. Esto implica determinar la constante del viscosímetro a partir de estándares. Aunque un estándar es suficiente para obtener una constante, el uso de dos estándares que cubren el rango capilar produce una constante de calibración más robusta. Los viscosímetros calibrados también se comercializan con constantes a temperaturas determinadas, pero deben verificarse al menos una vez al año.

Se debe usar un tubo de viscosidad libre de polvo u otras partículas para el análisis. En general, varios enjuagues con un solvente de muestra como la nafta, seguido de un solvente de secado como la acetona y luego una purga con un gas seco y libre de polvo como el nitrógeno, es suficiente para realizar la limpieza del tubo. No se recomienda el uso de soluciones de limpieza con un pH superior a 8.0 porque disuelven las paredes de vidrio y cambia la constante de calibración.

Cuando el medidor de viscosidad se suspende en el baño de temperatura, el tubo debe estar libre de vibraciones, en la posición vertical y la profundidad de inmersión especificadas según las instrucciones del fabricante y las del método de prueba.

Viscosímetros automatizados

Han sido utilizados para la determinación de la viscosidad cinemática (método ASTM D445) en la industria del petróleo durante más de 40 años. Imitan las condiciones físicas, operaciones o procesos del aparato manual y deben cumplir con la precisión especificada por el método.

Todos, menos el requisito de tiempo de flujo de más de 200 segundos, se aplican igualmente a los instrumentos automatizados. Pero en este caso un término adicional a la constante de calibración debe ser aplicado: el factor de corrección de energía cinética que considera la energía que se imparte para acelerar el fluido a medida que pasa del depósito al capilar.

 

Referencia

Lane, J. L. & Henderson, K. O. (2004). Viscosity Measurement – So Easy, Yet So Difficult (ASTM International) Recuperado el 14 de Septiembre de 2019, de https://www.astm.org/SNEWS/JUNE_2004/lanhen_jun04.html

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