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.

V následujících odstavcích jsou popsána měření typické tekutiny pro ředění střihem a důsledky pro inline měření s Rheonics SRV.

2. Měření viskozity materiálů pro ředění střihem

Koncentrované čisticí roztoky, jako jsou šampony, tekuté prostředky na mytí nádobí a změkčovadla tkanin, obvykle vykazují chování při smykání. Když se k měření jejich viskozity použije rotační viskozimetr, jako je Brookfield DV, indikovaná viskozita klesá se zvyšováním rotační rychlosti vřetena. Následující tabulka, obr. 3, ilustruje toto chování při smykovém ředění:

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

Ačkoli smyková rychlost není pro většinu viskozimetrů dobře definována, lze ukázat, že smyková rychlost vibračních viskozimetrů, jako je Rheonics SRV, je více než stokrát vyšší než u typických Brookfieldových, Fannových nebo jiných rotačních viskozimetrů. . To znamená, že SRV pracuje na vysokostřižném konci křivky střihové rychlosti. Viskozita, která indikuje, je výrazně nižší než u většiny ostatních nevibračních procesů měření viskozity.

Při změření viskozimetrem Rheonics SRV dává změkčovač tkanin indikovanou viskozitu 9.7 cPs. Mnohem nižší hodnota je spojena se stejným jevem, který je patrný na obr. 1, což je pokles viskozity se zvyšováním otáček vřetena. Materiál střihne a smyková rychlost SRV je asi o dva řády vyšší, než je možné dosáhnout u typických rotačních viskozimetrů. Proto není možné získat numerickou shodu mezi SRV a rotačními viskozimetry, s výjimkou přísně newtonovských, tj. Tekutin 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 do vývojového adaptéru pro inline aplikace. Obrázek 1. Inline viscometer (vlevo) a nainstalovaný do adaptéru pro linku pro inline aplikace. Obrázek 1. Inline viscometer (vlevo) a nainstalovaný do adaptéru pro inline aplikace

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

Jedním typickým použitím inline viskozimetru je sledování viskozity produktu, aby se ověřilo, že jeho viskozita zůstává konstantní. Provozovatel pak může upravit parametry procesu tak, aby se viskozita udržela v určitém rozmezí. V takovém případě je možné odvodit konverzní vzorec, který umožňuje korelaci naměřených hodnot Rheonics SRV s laboratorními měřeními s definovanými podmínkami střihu.

Alternativně může být Rheonics SRV použit jako senzor v regulační smyčce pro automatické nastavení jednoho nebo více procesních parametrů, aby se udržovala viskozita produktu v určených mezích. Typická aplikace je ve flexografických nebo rotačních hlubotiskových strojích, u kterých se Rheonics SRV 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.

Monitorování procesů

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 toku (konzistence) je důležitý pro spolehlivé a přesné monitorování v nenewtonských procesních kapalinách. Průtok kapaliny přes senzor a zajištění konzistentního režimu proudění tím, že bude mít během všech měření podobnou rychlost a průřez kapaliny.

3. Doporučení pro testování použitelnosti Rheonics SRV na měření s nenewtonskými tekutinami

Při vyhodnocování Rheonics SRV pro konkrétní inline měření je nezbytné provozovat SRV za skutečných procesních podmínek. SRV musí být umístěn do výrobní linky, ve které produkt teče, a během provozu výrobní linky musí být zaznamenána viskozita a teplota.

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, se prosím obraťte na společnost Rheonics a dohodněte si zkoušku jednoho ze senzorů SRV ve vaší aplikaci.

Montáž snímače_Pipe

Obr. 5. Instalace SRV a SRD do potrubí

Vyhledávání