Přejít k hlavnímu obsahu
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (USA)     
Demystifikování n newtonovské viskozity tekutin

Měření n Newtonovské viskozity tekutin pomocí inline viskozimetru SRV

Mnoho, pokud ne nejvíce, tekutin projevuje n Newtonovské chování. Kapalina je považována za nenewtonskou, pokud její měřená viskozita závisí na smykové rychlosti, s níž se měření provádí.

1. Stručný úvod do nenewtonských tekutin

Viskozita je definována jako poměr smykového napětí k smykové rychlosti, když je tekutina vystavena stejnému stříhání, schematicky znázorněné na obr. 1:

Obr.1 - Newtonská tekutina stříhaná mezi dvěma rovnoběžnými deskami

Obr. 1: Newtonovská tekutina se stříhá mezi dvě rovnoběžné desky

Když je tažná síla (smykové napětí) úměrná rychlosti spodní desky (smyková rychlost), tekutina se nazývá Newtonova. Jeho viskozita je úměrná poměru tažné síly k rychlosti. Proto viskozita nezávisí na tom, jak rychle se stříhá; smykové napětí se jednoduše zvýší, aby udržovalo krok se smykovou rychlostí. Čím větší je poměr smykového napětí k smykové rychlosti, tím vyšší je viskozita (dvě přímky na obr. 2 níže):

Obr. 2 - Chování newtonovských tekutin a tekutin snižujících střih

Obr. 2: Chování newtonovských a střižných tekutin

Newtonské a nenewtonské tekutiny

Pro Newtonské tekutiny, změna síly, kterou aplikujete na tekutinu, nezmění jejich viskozitu. Viskozita zůstává konstantní, jak se mění působící síla. V Newtonská tekutina vztah mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí je lineární, prochází počátkem, konstanta proporcionality je koeficient viskozity.

Nenewtonský tekutiny mají viskozitu, která se mění podle množství síly, která je aplikována na tekutinu. Viskozita se mění se změnou síly. V Nenewtonská tekutina vztah mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí je odlišný a může být dokonce časově závislý (časově závislá viskozita) - pro nenewtonské tekutiny nelze definovat konstantní koeficient viskozity, jak je to možné pro newtonské tekutiny.

V případě n Newtonovských tekutin není pojem viskozity obvykle používaný v mechanice tekutin pro charakterizaci smykových vlastností kapaliny zcela nedostačující. Místo toho jsou studovány nejlépe prostřednictvím několika dalších reologických vlastností, které se vztahují k tenzorům napětí a deformace za mnoha různých tokových podmínek, které se měří pomocí různých zařízení nebo reometrů.

Reference - https://www.wikilectures.eu/w/Non-Newtonian_fluid (Obrázek - Creative Commons License)

Jedním druhem n Newtonovského chování, který je společný pro mnoho tekutin, je to, že měřená viskozita klesá s rostoucí smykovou rychlostí viskozimetru. Tomu se říká chování střihového ředění. Poměr smykového ředicího roztoku ke smykové rychlosti ke smykové rychlosti začíná vysoko, ale se zvyšující se smykovou rychlostí se zmenšuje. Na obr. 2 výše je křivka střihového namáhání střižné kapaliny vs. křivka rychlosti střihu začínající rovnoběžně s kapalinou s vysokou viskozitou a vinutí rovnoběžně s kapalinou s nízkou viskozitou. Tekutina se ředí tak rychlejší, než je střih.

Většina tekutin vykazuje nelineární vztah mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí. To znamená, že měřená viskozita závisí na typu viskozimetru použitého pro měření. SRV má mnohem vyšší smykovou rychlost než většina rotačních, kapilárních a efluxních viskozimetrů. SRV proto bude často vykazovat podstatně odlišnou viskozitu než laboratorní rotační nástroj.

Následující odstavce popisují měření typické kapaliny pro ředění smykem a důsledky pro inline měření s Rheonics SRV.

2. Měření viskozity materiálů pro ředění střihem

Koncentrované roztoky čisticích prostředků, jako jsou šampony, prostředky na mytí nádobí a změkčovadla tkanin, obvykle vykazují střihové ztenčení. Když se k měření jejich viskozity použije rotační viskozimetr, jako je Brookfield DV, indikovaná viskozita se snižuje s rostoucí rychlostí otáčení vřetena. Následující chart, Obr. 3, ilustruje toto chování smykového ztenčování:

Brookfieldův rotační viskozimetr3t
Obrázek 3 - Indikovaná viskozita vs. rychlost vřetena viskozimetru

Obr. 3 (a) Typický rotační viskozimetr - Brookfield DV3 (b) Indikovaná viskozita vs. rychlost vřetenového viskozimetru pro změkčení tkaniny na rotačním viskozimetru

Přestože smyková rychlost není pro většinu viskozimetrů dobře definována, lze prokázat, že smyková rychlost vibračních viskozimetrů, jako je např. Rheonics SRV, je více než stokrát vyšší než u typického viskozimetru Brookfield, Fann nebo jiného rotačního viskozimetru. To znamená, že SRV pracuje na horní části křivky smykové rychlosti. Viskozita, kterou udává, je výrazně nižší než u většiny jiných nevibračních procesů měření viskozity.

Při měření s a Rheonics SRV viskozimetr, aviváž poskytuje indikovanou viskozitu 9.7 cPs. Mnohem nižší hodnota je návazná na stejný jev, který je vidět na obr. 1, pokles viskozity s rostoucí rychlostí vřetena. Materiál je tenčí ve smyku a rychlost smyku SRV je asi o dva řády vyšší, než je dosažitelné s typickými rotačními viskozimetry. Proto je nemožné získat číselnou shodu mezi SRV a rotačními viskozimetry s výjimkou čistě newtonských, to znamená kapalin nezávislých na smykové rychlosti.

Co to znamená pro aplikace, ve kterých je kapalina vysoce závislá na střihu? To silně závisí na tom, k čemu bude SRV použito.

Obrázek 1. Inline viskozimetr (vlevo) a nainstalovaný v adaptéru flowline pro inline aplikace.

Obr. 4. Inline viskozimetr (vlevo) a nainstalovaný do adaptéru flowline pro inline aplikace

Jedním z typických použití inline viskozimetru je monitorování viskozity produktu, aby se ověřilo, že jeho viskozita zůstává konstantní. Parametry procesu pak může operátor upravit tak, aby se viskozita udržela ve specifikovaném rozsahu. V takovém případě může být možné odvodit převodní vzorec, který to umožňuje Rheonics Hodnoty SRV by měly být korelovány s laboratorními měřeními s definovanými smykovými podmínkami.

Alternativně Rheonics SRV lze použít jako senzor v regulační smyčce k automatickému nastavování jednoho nebo více procesních parametrů za účelem udržení viskozity produktu ve specifikovaných mezích. Typické použití je ve flexotiskových nebo rotačních hlubotiskových strojích, ve kterých je Rheonics SRV se používá k udržení konstantní viskozity tiskové barvy.

V obou případech, když jsou monitorovány nebo kontrolovány vysoce nenewtonské tekutiny, jako jsou produkty obsahující mýdlo a povrchově aktivní látku, musí být SRV provozován v tekutině, která protéká kolem senzoru. Pokud nebude ponořen do kádinky, nedá reprodukovatelné hodnoty. Při použití v potrubí obsahujícím tekoucí produkt poskytne jasnou a reprodukovatelnou odpověď na jakékoli změny viskozity produktu.

Proces Monitoring

Sledujte viskozitu produktu a ověřte, že jeho viskozita zůstává konstantní.

Kontrola procesu

Senzor lze použít v regulační smyčce k automatickému přizpůsobení jednoho nebo více procesních parametrů tak, aby se viskozita produktu udržovala v určených mezích.

Kontrola surovin

Proveďte kontrolu kvality příchozích surovin.

Kontrola konečného produktu

Zajistit plný soulad kvality finálních výrobků se stanovenými normami.

POZNÁMKA: Režim průtoku (konzistence) je důležitý pro získání spolehlivého a přesného monitorováníoring v nenewtonských procesních kapalinách. Prouďte tekutinu přes senzor a zajistěte konzistentní režim proudění tím, že budete mít podobnou rychlost tekutiny a průřez během všech měření.

3. Doporučení pro testování použitelnosti Rheonics SRV k měření s nenewtonskými kapalinami

Při hodnocení Rheonics SRV pro konkrétní inline měření je nezbytné provozovat SRV za skutečných procesních podmínek. SRV musí být umístěn v procesní lince, ve které produkt proudí, a viskozita a teplota musí být zaznamenávány během provozu procesní linky.

Je naprosto nezbytné, aby SRV NENÍ hodnoceno na základě statických měření. Uvedení SRV do kádinky stacionární tekutiny obvykle nedává měření, která souhlasí s měřeními prováděnými ve skutečné linii procesu, s průtoky typickými pro provoz tohoto procesu.

U aplikací, u kterých není jasné, zda Rheonics SRV poskytne užitečná měření, kontaktujte prosím Rheonics zařídit zkušební provoz jednoho ze SRV senzorů ve vaší aplikaci.

Montáž snímače_Pipe

Obr. 5. Instalace SRV a SRD do potrubí

Vyhledávání