La viscosité joue un rôle important dans de nombreux procédés industriels, dès lors que des écoulements de fluide sont mis en jeu. Il est donc important de pouvoir la mesurer de façon fiable. Cet article décrit les différents dispositifs de mesures de la viscosité, puis les différents types de viscosimètres existants. Enfin il conclut en présentant les étalons de viscosité, pour les gaz et pour les liquides.
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Bernard LE NEINDRE
: Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
INTRODUCTION
Des données précises sur la viscosité des fluides sont fondamentales pour la science et l’industrie. En effet, la viscosité joue un rôle important dans de nombreux procédés industriels qui mettent en jeu des écoulements de fluides ou des transferts de quantités de mouvement ; ainsi la viscosité est un paramètre qui intervient dans la mesure du débit, dans le calcul des coefficients de transfert thermique et dans le contrôle des processus chimiques. Comme les données expérimentales de viscosités sont limitées ou inexistantes pour de nombreux fluides et mélanges de fluides, en particulier dans les conditions extrêmes de température et de pression et dans la région critique, il est important de développer des méthodes expérimentales et théoriques d’évaluation de la viscosité pour les applications industrielles. Comme il est impossible de mesurer la viscosité de tous les systèmes en fonction de la température, de la pression et de la composition, le recours aux banques de données doit s’accompagner du développement de modèles théoriques basés sur des données expérimentales précises de fluides caractéristiques.
Cet article peut donc servir de guide aux ingénieurs qui envisagent d’entreprendre des mesures de viscosité ou être utile à ceux qui cherchent à évaluer les viscosités des gaz et des liquides en fonction de la température à la pression atmosphérique.
Nota :
L’étude complète se divisera en deux parties :
[K 478] - Viscosité. Définitions et dispositifs de mesure ;
- Viscosité. Méthode d’estimation pour les fluides.
Dans ce deuxième article, l’auteur a surtout mis l’accent sur les méthodes pour lesquelles il existe des équations fondamentales bien fondées théoriquement ou celles qui offrent des potentialités d’application industrielles. Une description plus générale des méthodes de mesure est présentée dans l’article Viscosité[R 2 350] du traité Mesures et Contrôle.
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La viscosité dynamique ou de cisaillement s’introduit à partir de concepts de la mécanique des fluides.
Considérons deux plaques parallèles horizontales (figure 1), qui limitent une couche de fluide d’épaisseur h. Si la plaque inférieure est fixe et si la plaque supérieure de surface A se déplace parallèlement à cette surface à une vitesse vx , une force F par unité de surface A doit être appliquée pour entretenir le déplacement telle que :
( 1 )
avec :
z
:
ordonnée comptée sur la normale à la surface.
Ainsi, si F et le gradient de vitesse (¶vx / ¶z ) sont mesurés, le coefficient de viscosité dynamique η est obtenu directement. Ce coefficient est caractéristique du fluide considéré ; il est donc indépendant de la répartition des vitesses.
L’utilisation du symbole η a été recommandée par l’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC).
Dans le système d’unités international (SI), la viscosité dynamique s’exprime en pascals-secondes (Pa · s).
Le pascal-seconde est la viscosité dynamique d’un fluide homogène et isotherme dans lequel le mouvement rectiligne et uniforme, dans son plan, d’une surface plane, solide, indéfinie, donne lieu à une force retardatrice de 1 N/m2 de la surface en contact avec le fluide, en écoulement relatif devenu permanent, lorsque le gradient de la vitesse du fluide, à la surface du solide et par mètre d’écartement normal à ladite surface, est de 1 m/s.
D’autres unités alternatives sont le newton-seconde par mètre carré (N · s · m–2) équivalent au kilogramme par mètre...
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Bibliographie & annexes
English
Dispositifs de mesure de la viscosité
