Esta pesquisa apresenta uma nova célula de medição de viscosidade dinâmica de líquidos em formato de prisma que realiza conversão de modo interna entre ondas longitudinais e de cisalhamento. A célula é composta de um transdutor ultrassônico de ondas longitudinais, um prisma de alumínio com uma superfície inclinada e uma linha de retardo de Rexolite em contato com a amostra líquida ou ar. O transdutor gera as ondas longitudinais que ao atingirem a superfície inclinada ocorrem as conversões de modo entre ondas longitudinais e de cisalhamento. Essa conversão de modo é máxima (~81% da energia) porque a superfície inclinada forma uma interface alumínio-ar e garante um ângulo de incidência de 63.9°. A onda de cisalhamento que se propaga no interior do prisma alcança as interfaces alumínio- Rexolite e Rexolite-amostra com incidência normal, gerando os ecos de normalização e de medição. Esses dois ecos de onda de cisalhamento retornam à interface alumínio-ar, onde há a conversão de modo em onda longitudinal. Assim, as ondas refletidas são medidas pelo mesmo transdutor (emissor de ondas longitudinais). A partir de duas medições na mesma temperatura, uma com a amostra de ar e outra com a amostra de líquido, determinam-se inicialmente a magnitude e a fase do coeficiente de reflexão complexo da onda de cisalhamento na interface Rexolite-líquido. Depois, determina-se a viscosidade dinâmica da amostra líquida. Os valores de viscosidade foram calculados por duas metodologias diferentes, considerando regimes viscoelástico e Newtoniano. Foram desenvolvidas duas estratégias para a medição por ultrassom da viscosidade de amostras de glicerina e óleo Hidra-68. Na primeira estratégia variou a temperatura entre 18 ºC e 26 ºC, utilizando um transdutor de 2,25 MHz na célula de medição. As viscosidades calculadas na frequência de máxima magnitude do sinal resultaram em erros menores do que 25% e 47%, respectivamente, para a glicerina e o óleo Hidra-68. Na segunda estratégia, as medições foram feitas na temperatura fixa de 22 °C, variando os transdutores com frequências de 500 kHz, 1,0 MHz, 2,25 MHz e 5,0 MHz. A implementação desta técnica permitiu a caracterização das amostras de glicerina e óleo Hidra-68, calculando as viscosidades médias na faixa de frequências entre 360 kHz e 6,1 MHz. As viscosidades médias calculadas nesta banda de frequência resultaram em erros menores do que 14% e 40%, respectivamente, para a glicerina e o óleo Hidra-68. A nova abordagem possibilitou obter ondas de cisalhamento com excelente qualidade e boa relação sinal-ruído, devido à maior eficiência na conversão para ondas de cisalhamento. A principal vantagem desta abordagem reside no uso de transdutores de ondas longitudinais, que operam em uma faixa de frequências mais ampla e apresentam melhor resposta de frequência em comparação aos transdutores de ondas de cisalhamento.

This research presents a new cell for measuring the dynamic viscosity of liquids by ultrasound that performs internal mode conversion between longitudinal and shear waves. The cell is composed of a longitudinal wave ultrasonic transducer, an aluminum prism with an inclined surface and a Rexolite delay line in contact with the liquid sample or air. The transducer generates the longitudinal waves that, when reaching the inclined surface, the mode conversions between longitudinal and shear waves occur. This mode conversion is maximum (~81% of the energy) because the inclined surface forms an aluminum-air interface and guarantees an angle of incidence of 63.9°. The shear wave propagating inside the prism reaches the aluminum-Rexolite and Rexolite-sample interfaces at normal incidence, generating the normalization and measurement echoes. These two shear wave echoes return to the aluminum-air interface, where there is a mode conversion to a longitudinal wave. Thus, the reflected waves are measured by the same transducer (longitudinal wave emitter). From two measurements at the same temperature, one with the air sample and the other with the liquid sample, the magnitude and phase of the complex reflection coefficient of the shear wave at the Rexolite-liquid interface are initially determined. Then, the dynamic viscosity of the liquid sample is determined. Viscosity values were calculated by two different methodologies, considering viscoelastic and Newtonian regimes. Two strategies for ultrasonic measurement of the viscosity of glycerin and Hydra-68 oil samples were developed. In the first strategy, the temperature varied between 18ºC and 26ºC, using a 2.25MHz transducer in the measurement cell. The viscosities calculated at the frequency of maximum signal magnitude resulted in errors smaller than 25% and 47%, respectively, for glycerin and Hydra- 68 oil. In the second strategy, the measurements were made at a fixed temperature of 22°C, varying the transducers with frequencies of 500 kHz, 1.0 MHz, 2.25 MHz and 5.0 MHz. The implementation of this technique allowed the characterization of the samples of glycerin and Hydra-68 oil, calculating the average viscosities in the frequency range between 360 kHz and 6.1 MHz. The calculated average viscosities in this frequency band resulted in errors smaller than 14% and 40%, respectively, for glycerin and Hydra-68 oil. The new approach made it possible to obtain high-quality shear waves with good signal-to-noise ratio, due to the greater efficiency in the conversion to shear waves. The main advantage of this approach lies in the use of longitudinal wave transducers, which operate in a wider frequency range and have a better frequency response compared to shear wave transducers.