TP PSI

VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectifs du T.P

I-Objectifs du T.P.

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectifs du T.P.

Il s’agit de mettre en œuvre deux méthodes classiques de mesure de la viscositéd'un liquide.

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectifs du T.P.

Il s’agit de mettre en œuvre deux méthodes classiques de mesure de la viscositéd'un liquide.

Faute de postes en nombre suffisant pour chaque méthode, chaque groupe devrapasser d'une méthode à l'autre à mi-séance.

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectifs du T.P.

Exemples de réalisations industrielles des méthodes étudiées ici

viscosimètre à chute de bille viscosimètre à tube capillaire

Domaines d’applications :industries chimiques, pharmaceutiques; agro-alimentaires et des huiles

Domaines d'utilisations et exemples d'applications Caractéristiques particulières:• Graduation circulaire ne gênant pas la détection• Sérigraphie résistant à la corrosion• Capillaire Ubbelohde pour les dilutions en série, avec certificat d‘étalonnage et filtre fritté• Un prestataire unique pour un équipement complet• Possibilité de réaliser un modèle personnalisé aux besoins du clientExemples d’application:• Détermination de l‘indice de viscosité, viscosité intrinsèque, masse moléculaire et autres caractéristiques des polymères techniques (PA, PET, PBT, PE, PP, PVC) selon la norme EN-ISO 1628, ISO 307 pour le contrôle qualité des plastiques• Mesure de viscosité absolue des huiles moteur et autres lubrifiants selon la norme ASTM D445, indice de visco-sité selon ISO 2909 à 40 °C et à 100 °C

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

I-Objectifs du T.P

II-Viscosimètre à bille

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

I-Objectifs du T.P

II-Viscosimètre à bille

1) Principe

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On fait chuter une bille dans un fluide visqueux contenu dans uneéprouvette graduée de diamètre très grand devant celui de la bille(notations utilisées).

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On fait chuter une bille dans un fluide visqueux contenu dans uneéprouvette graduée de diamètre très grand devant celui de la bille(notations utilisées).

Notations utilisées dans la suite :

Bille :masse volumique µBILLE

rayon RLiquide :

masse volumique µLIQ

viscosité dynamique : η (valeur pour l’huile utilisée :

Si la viscosité est suffisante, la bille atteint très rapidement unevitesse limite de chute constante vLIM et cette vitesse est assez faiblepour que la force de frottement soit décrite par la loi de Stockes :

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On fait chuter une bille dans un fluide visqueux contenu dans uneéprouvette graduée de diamètre très grand devant celui de la bille(notations utilisées).

LIM6F R v= π η

Si la viscosité est suffisante, la bille atteint très rapidement unevitesse limite de chute constante vLIM et cette vitesse est assez faiblepour que la force de frottement soit décrite par la loi de Stockes :

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On fait chuter une bille dans un fluide visqueux contenu dans uneéprouvette graduée de diamètre très grand devant celui de la bille(notations utilisées).

LIM6F R v= π η

La bille est en outre soumise à son poids et à la pousséed’Archimède. La 2ème loi de Newton se traduit donc, lorsqu'il n'y a plusd'accélération, par

( )3

LIM BILLE LIQ

46

3R v R gπ η = π µ − µ

Si la viscosité est suffisante, la bille atteint très rapidement unevitesse limite de chute constante vLIM et cette vitesse est assez faiblepour que la force de frottement soit décrite par la loi de Stockes :

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On fait chuter une bille dans un fluide visqueux contenu dans uneéprouvette graduée de diamètre très grand devant celui de la bille(notations utilisées).

LIM6F R v= π η

La bille est en outre soumise à son poids et à la pousséed’Archimède. La 2ème loi de Newton se traduit donc, lorsqu'il n'y a plusd'accélération, par

( )3

LIM BILLE LIQ

46

3R v R gπ η = π µ − µ

On en déduit ( )2

BILLE LIQ

LIM

2

9

Rg

vη = µ − µ

Si la viscosité est suffisante, la bille atteint très rapidement unevitesse limite de chute constante vLIM et cette vitesse est assez faiblepour que la force de frottement soit décrite par la loi de Stockes :

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On fait chuter une bille dans un fluide visqueux contenu dans uneéprouvette graduée de diamètre très grand devant celui de la bille(notations utilisées).

LIM6F R v= π η

La bille est en outre soumise à son poids et à la pousséed’Archimède. La 2ème loi de Newton se traduit donc, lorsqu'il n'y a plusd'accélération, par

( )3

LIM BILLE LIQ

46

3R v R gπ η = π µ − µ

On en déduit ( )2

BILLE LIQ

LIM

2

9

Rg

vη = µ − µ

La mesure de vLIM permet donc de déterminer la viscosité dynamique du liquide η.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

I-Objectifs du T.P

II-Viscosimètre à bille

1) Principe

2) Manipulation

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I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

La masse volumique du matériau constituant la bille se détermine en mesurant lamasse de celle-ci avec une balance et son rayon avec un palmer.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

La masse volumique du matériau constituant la bille se détermine en mesurant lamasse de celle-ci avec une balance et son rayon avec un palmer.

Chercher la densité du liquide dans la notice, à l'aide de sa référence indiquée sur lebidon.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

La masse volumique du matériau constituant la bille se détermine en mesurant lamasse de celle-ci avec une balance et son rayon avec un palmer.

On mesure la vitesse limite en déterminant la durée de passage entre deuxgraduations éloignées de l’éprouvette à l'aide d'un chronomètre.

Chercher la densité du liquide dans la notice, à l'aide de sa référence indiquée sur lebidon.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

La masse volumique du matériau constituant la bille se détermine en mesurant lamasse de celle-ci avec une balance et son rayon avec un palmer.

On mesure la vitesse limite en déterminant la durée de passage entre deuxgraduations éloignées de l’éprouvette à l'aide d'un chronomètre.

Chercher la densité du liquide dans la notice, à l'aide de sa référence indiquée sur lebidon.

Procéder avec attention au lâcher de la bille au centre de la section de l’éprouvetteutilisée. Une chute de la bille trop près des bords entraîne des effets perturbateurs quimodifient de manière non négligeable la mesure effectuée.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

La masse volumique du matériau constituant la bille se détermine en mesurant lamasse de celle-ci avec une balance et son rayon avec un palmer.

On mesure la vitesse limite en déterminant la durée de passage entre deuxgraduations éloignées de l’éprouvette à l'aide d'un chronomètre.

Chercher la densité du liquide dans la notice, à l'aide de sa référence indiquée sur lebidon.

Procéder avec attention au lâcher de la bille au centre de la section de l’éprouvetteutilisée. Une chute de la bille trop près des bords entraîne des effets perturbateurs quimodifient de manière non négligeable la mesure effectuée.

Pour étudier cet effet, on dispose de billes de diamètres différents. On pourra ainsicomparer les valeurs de la viscosité trouvées à l'aide de ces différentes billes. »

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On mesure la vitesse limite en déterminant la durée de passage entre deuxgraduations éloignées de l’éprouvette à l'aide d'un chronomètre.

Effectuer un nombre suffisant de mesures de manière à pouvoir conduire une étude

statistique convenable.

Procéder avec attention au lâcher de la bille au centre de la section de l’éprouvetteutilisée. Une chute de la bille trop près des bords entraîne des effets perturbateurs quimodifient de manière non négligeable la mesure effectuée.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On mesure la vitesse limite en déterminant la durée de passage entre deuxgraduations éloignées de l’éprouvette à l'aide d'un chronomètre.

On obtient un ordre de grandeur de la viscosité dynamique de l’huile utilisée.Comparer à la valeur donnée par la notice.

Effectuer un nombre suffisant de mesures de manière à pouvoir conduire une étude

statistique convenable.

Procéder avec attention au lâcher de la bille au centre de la section de l’éprouvetteutilisée. Une chute de la bille trop près des bords entraîne des effets perturbateurs quimodifient de manière non négligeable la mesure effectuée.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille

1) Montage

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On obtient un ordre de grandeur de la viscosité dynamique de l’huile utilisée.Comparer à la valeur donnée par la notice.

On peut utiliser une expression plus précise de la viscosité et faire un calcul d'erreur.(Pour les curieux, voir ici une étude complète des termes correctifs.)

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage

2) Manipulation

I-Objectifs du T.P

II-Viscosimètre à bille

1) Principe

2) Manipulation

III-Viscosimètre d’Ostwald

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

I-Objectifs du T.P

II-Viscosimètre à bille

1) Principe

2) Manipulation

III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Le principe de l’appareil consiste à faire s’écouler de l'eau, dont on veut mesurer laviscosité, à travers un tube capillaire avec une vitesse débitante assez petite pour que laloi de Poiseuille puisse s’appliquer : 4

8

R pQ

L

π ∆=

η

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Le principe de l’appareil consiste à faire s’écouler de l'eau, dont on veut mesurer laviscosité, à travers un tube capillaire avec une vitesse débitante assez petite pour que laloi de Poiseuille puisse s’appliquer : 4

8

R pQ

L

π ∆=

η

Un tube capillaire est un tube de très petite section telle que les effets de laviscosité sur le profil des vitesses de l’écoulement est important.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Le principe de l’appareil consiste à faire s’écouler de l'eau, dont on veut mesurer laviscosité, à travers un tube capillaire avec une vitesse débitante assez petite pour que laloi de Poiseuille puisse s’appliquer :

Q est le débit volumique.

La gest la chute de pression par unité de longueur, qui est due à la viscosité. Elle est

uniforme le long du tube.

4

8

R pQ

L

π ∆=

η

p

L

∆

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Lorsque le liquide est immobile, la différence depression entre le haut et le bas de la colonne de liquide estpratiquement nulle car la pression atmosphérique estpratiquement uniforme autour du dispositif.

Le dispositif expérimental est le suivant :

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Lorsque le liquide est immobile, la différence depression entre le haut et le bas de la colonne de liquide estpratiquement nulle car la pression atmosphérique estpratiquement uniforme autour du dispositif.

Le dispositif expérimental est le suivant :

Mais si le liquide s'écoule en régime stationnaire, laperte de charge verticale vaut bbvvblblblbloù µLIQ est lamasse volumique du liquide.

LIQ

pg

L

∆= µ

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Lorsque le liquide est immobile, la différence depression entre le haut et le bas de la colonne de liquide estpratiquement nulle car la pression atmosphérique estpratiquement uniforme autour du dispositif.

Le dispositif expérimental est le suivant :

4

LIQ8

RQ g

π= µ

ηOn obtient alors la relation

Mais si le liquide s'écoule en régime stationnaire, laperte de charge verticale vaut bbvvblblblbloù µLIQ est lamasse volumique du liquide.

LIQ

pg

L

∆= µ

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Lorsque le liquide est immobile, la différence depression entre le haut et le bas de la colonne de liquide estpratiquement nulle car la pression atmosphérique estpratiquement uniforme autour du dispositif.

Le dispositif expérimental est le suivant :

4

LIQ8

RQ g

π= µ

η

La durée nécessaire pour l’écoulement d’un volume V

donné de liquide avec un débit Q vérifie Q = V/τ.

On obtient alors la relation

Mais si le liquide s'écoule en régime stationnaire, laperte de charge verticale vaut bbvvblblblbloù µLIQ est lamasse volumique du liquide.

LIQ

pg

L

∆= µ

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Lorsque le liquide est immobile, la différence depression entre le haut et le bas de la colonne de liquide estpratiquement nulle car la pression atmosphérique estpratiquement uniforme autour du dispositif.

Le dispositif expérimental est le suivant :

4

LIQ8

RQ g

π= µ

η

La durée nécessaire pour l’écoulement d’un volume V

donné de liquide avec un débit Q vérifie Q = V/τ.

On obtient alors la relation

Mais si le liquide s'écoule en régime stationnaire, laperte de charge verticale vaut bbvvblblblbloù µLIQ est lamasse volumique du liquide.

LIQ

pg

L

∆= µ

On a donc4

LIQ8

Rg

π= µ τ

ηV

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

Lorsque le liquide est immobile, la différence depression entre le haut et le bas de la colonne de liquide estpratiquement nulle car la pression atmosphérique estpratiquement uniforme autour du dispositif.

Le dispositif expérimental est le suivant :

4

LIQ8

RQ g

π= µ

η

La durée nécessaire pour l’écoulement d’un volume V

donné de liquide avec un débit Q vérifie Q = V/τ.

On obtient alors la relation

Mais si le liquide s'écoule en régime stationnaire, laperte de charge verticale vaut bbvvblblblbloù µLIQ est lamasse volumique du liquide.

LIQ

pg

L

∆= µ

On a donc4

LIQ8

Rg

π= µ τ

ηV

On en déduit que la viscosité cinématique ν = η/µLIQ

vérifie donc la relation :4

LIQ8

Rg K

η π= τ = τ

µ V

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation 2) Manipulation

I-Objectifs du T.P

II-Viscosimètre à bille

1) Principe

2) Manipulation

III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage

2) Manipulation

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I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation 2) Manipulation

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On remplit le compartiment inférieur du viscosimètre puis on introduit lethermomètre dans le tube le plus gros. Attendre que l’équilibre thermique soit réalisé.Noter la température.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation 2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On remplit le compartiment inférieur du viscosimètre puis on introduit lethermomètre dans le tube le plus gros. Attendre que l’équilibre thermique soit réalisé.Noter la température.

Au moyen de la propipette, faire monter lentement l’eau dans le capillaire paraspiration. Le niveau du liquide doit être au-dessus du repère supérieur. Il fautabsolument éviter la formation de bulle d’air.

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation 2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On remplit le compartiment inférieur du viscosimètre puis on introduit lethermomètre dans le tube le plus gros. Attendre que l’équilibre thermique soit réalisé.Noter la température.

Au moyen de la propipette, faire monter lentement l’eau dans le capillaire paraspiration. Le niveau du liquide doit être au-dessus du repère supérieur. Il fautabsolument éviter la formation de bulle d’air.

Enlever la propipette. Mesurer alors la durée d’écoulement du volume de liquidecompris entre les deux repères en notant les temps de passage du ménisque devantchacun d’eux. (Attention: le volume de liquide contenu dans le bulbe est différent pourchaque viscosimètre, la valeur de la constant K est donnée pour chaque appareil).

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation 2) Manipulation

TP VISCOSITÉ D’UN FLUIDE

On remplit le compartiment inférieur du viscosimètre puis on introduit lethermomètre dans le tube le plus gros. Attendre que l’équilibre thermique soit réalisé.Noter la température.

Au moyen de la propipette, faire monter lentement l’eau dans le capillaire paraspiration. Le niveau du liquide doit être au-dessus du repère supérieur. Il fautabsolument éviter la formation de bulle d’air.

Enlever la propipette. Mesurer alors la durée d’écoulement du volume de liquidecompris entre les deux repères en notant les temps de passage du ménisque devantchacun d’eux. (Attention: le volume de liquide contenu dans le bulbe est différent pourchaque viscosimètre, la valeur de la constant K est donnée pour chaque appareil).

Pour tenir compte que l'énergie associée à la différence de pression n'est pasentièrement dissipée dans le frottement puisque le liquide coule (donc possède uneénergie cinétique) à la sortie du tube capillaire, on peut utiliser une "correction d'énergiecinétique" de la mesure (viscosimètre Ostwald , viscosimètre de Ubbelohde).

I-Objectif s du T.P. II-Viscosimètre à bille III-Viscosimètre d’Ostwald

1) Montage 1) Principe

2) Manipulation 2) Manipulation

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D'après la définition du nombre de Reynolds, on peut écrire

d'où

où τ est la durée mesurée pour l’écoulement d’un volume V donné de liquide de

viscosité cinématique ν avec un débit Q.

MOY

E 2/ /

4

u D Q DR

D≈ ≈

η µ η µ π ( )E

/

QR

D D≈ =

η µ τ ν

V

Travail demandé : évaluer le nombre de Reynolds de l’écoulement.

C’est tout pour aujourd’hui

R & Q prod

I-Objectif II-Présentation du circuit intégré 4011 III-Astables à portes logiques

1) Oscillateur à une porte

2) Oscillateur à deux portes

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