.......
Vascozitatea
VSCOZITATEA1. NOIUNI TEORETICE
Fluidele care curg sub aciunea unei fore exterioare opun o
rezisten la curgere datorit frecri straturilor moleculare n micare.
Mrimea rezistenei este cu att mai mare cu ct lichidul este mai
vscos.
Vscozitatea reprezint o caracteristic a fiecrui lichid. Ea este
de mai multe feluri i anume: vscozitatea dinamic () a crei unitate
de msur este Poise (P).ML-1T1n practic se utilizeaz frecvent un
submultiplu numit centipoise:
1cP=102P, care reprezint vscozitatea apei distilate la 20,2C.
vscoziatea cinematic () se definete ca fiind vscozitatea lichidului
n raport cu densitatea acestuia pentru aceeai temperatur:
[] = L2T-1.- vscozitatea convenional sau relativ se definete ca
fiind vscozitatea lichidului de analizat n raport cu vscozitatea
lichidului de referin, care de obicei este a apei:
= /r.
Fiind un raport a acelorai mrimi, vscozitatea relativ nu are
dimensiuni. Practic determinarea vscozitii relative se reduce la
msurarea timpului de curgere ntr-un aparat n condiii convenionale
alese, a fluidului de cercetat i respectiv a celui de referin.
2. DETERINAREA VSCOZITII DINAMICE I CINEMATICE
Pentru determinrea vscozitii dinamice i cinematice se utilizeaz
diferite tipuri de vscozimetre cum sunt: vscozimetrul Hoppler;
reo-vscozimetrul;
vscozimetrul Ubbelhode.
a. Determinarea vscozitii cu vscozimetrul HopplerAparatura.
Vscozimetrul Hoppler (fig.1), aparat de mare precizie se compune
din: cilidru de sticla n care se afl montat o eprubet calibrat i
nclinat la 10 fa de vertical;
un set de bile bine calibrate;
termometru pentru msurarea temperaturii;
ultratermostatul pentru meninerea constant a temperaturii.
Modul de lucru. Fluidul de analizat se introduce n cilindrul de
sticl 1 care a fost bine curat n prealabil. Tubul se nchide cu
ajutorul dopului 2 i a cpcelelor 3, 4, 5.n interiorul cilindrului
se afl i bila 6 corespunztor aleas din setul de bile. Verificarea
temperaturii din mantaua de nclzire 7 se face cu termometru 8.
Lichidul de nclzire sosit de la termostat intr n mantaua de nczire
prin lentilele de legtur 9.Practic, la determiarea dup o
termostatare de 15 minute i stabilirea temperaturii de lucru de
20C, se trage urubul de fixare 10 se rstoarn rapid partea mobil a
aparatului care se rotete n jurul urubului 11 i se msoar timpul de
cdere a bilei prin lichid ntre cele dou repere a i b de pe
cilindrul ce conine fluidul de cercetat. Operaiunea se repet de 3
ori i se ia media aritmetic a determinrilor.
Vscozitatea dinamic se calculeaz conform formulei:
= Kt(b e), unde:K constanta bilei;
b densitatea relativa a bilei;
e densitatea relativ a lichidului de cercetat, determinat cu
balana Mohr Westphal;
t timpul de cdere a bilei ntre cele dou repere n secunde.
Constanta K i b difer de la aparat la aparat i sunt date n
certificatul acestuia.
Fig. 1. Vscoziometrul Hopplerb. Determinarea vscozitii cu reo -
vscoziometrulPentru de terminarea vscozitii dinamice a fluidelor cu
vscozitate ridicat ( = 10 000 CP) se utilizeaz reo vscoziometrul
(fig. 2) ce se compune din:
cilindru metalic n care se afl montat o eprubet calibrat;
o bil montat ntr-o tij metalic;
balaa cu posibiliti de msurare a spaiului parcurs de bil;
ultratermostat pentru meninerea constant a temperaturii.
Modul de lucru.
Pregtirea soluiei de analizat: la balana tehnic se cntrete 60 g
policlorur de vinil (PCV) emulsie i se introduce ntr-un mojar. Se
adaug 40 g (43 cm3) dioctilftalat amestecnd energic timp de 15
minute.
Soluia obinut (de fapt o past) se introduce ntr-o eprubet 1 a
aparatului (se umple numai partea subire a eprubetei) i se
termostateaz timp de 15 minute la 25C.
Du termostatare se pune pe platanul 5 o greutate determinant i
cu ajutorul dispozitivului de deblocare 3 se pune reo vscoziometrul
n funciune, cronometrnd timpul parcurs de bila 2 pe distana de 30
mm (spaiul parcurs ntre cele dou repere roii pe scara 4). Se fac
trei msurtori i se media aritmetic a acestora.
Valoarea vscozitii dinamice se calculeaz dup formula:
= pKt (n CP),unde:
p este masa aflat pe platan, n g;
K constanta eprubetei;
T timpul parcurs de bil pe distana de 30 mm, n secunde.
Constanta K a eprubetelor este dat n certificatul aparatului.
Fig. 2. Reo-vscoziometrulc. Determinarea vscozitaii chimice cu
vscoziometrul UbbelohdeAcest tip de vscoziometru (fig.3), numit i
capilar, se utilizeaz pentru lichide cu vscoziti cinematice
cuprinse ntre 1 10 000 cSt i este format dintr-un tub mai larg 1,
care la partea inferioar prezint un rezervor 2 cu dou repere 3 i 4
ntre care trebuie s ajung nivelul lichidului de analizat nainte de
determinarea propriu-zis.
Rezervorul 2 comunic cu un tub 5 ce conine n interior o capilar
i la parte superioar dou bile diferite ca mrime, notate cu 6 i 7.Se
lucreaz la temperatur constant, meninut prin cufundare ntr-o baie.
Msurarea temperaturii lichidului ce se afl n rezervorul 2 se face
cu un termometru introdus prin tubul 1.Dup uniformizarea
temperaturii se astup cu degetul tubul 8 i folosind o par de
cauciuc fixat la partea superioar a tubului 5 se aspir lichidul pn
se umplu ambele bile 6 i 7. Se desface para de cauciuc i se ia
degetul, iar resiunea atmosferic rupe coloana de lichid sub reperul
10, fixat sub bula 7. Se cronometreaz timpul de curgere a
lichidului ntre reperul 9 situat deasupra bilei 7 i reperul 10. Se
repet operaiunea de trei ori i se ia n calcul media aritmetic a
msurtorilor.
Formula de calcul a fi:
= Kt,
unde:
este vscozitatea cinematic, n cSt;
K constanta capilarei, dat n certificatul aparatului; t timpul,
n secunde.
Fig. 3. Vscoziometrul Ubbelhoded. Determinarea vscozitii
convenionale
Pentru msurarea vscozitii convenionale se utilizeaz, cel mai
frecvent, vscoziometrul Engler (fig. 4), compus dintr-un vas
cilindric prevzut cu nite repere pe care trebuie s le ating
lichidul de analizat. Astuparea vasului se face cu un dop de lemn.
nclzirea se face cu ajutorul unei bi de ap sau bi de ulei cu punct
de inflamabilitate ridicat. Omogenizarea se face cu ajutorul unui
agitator, iar msurarea temperaturilor din vas i din baie cu
termometre. Vasul are la baz un orificiu calibrat situat deasupra
unui vas cotat ce reprezint dou repere i ntre care volumul este de
200 cm3. Vscozitatea convenional numit vscozitate Engler se
calculeaz dup formula:
= t/t0,
unde: este vscozitatea covenional, n grade Engler E.
Fig. 4. Vscoziometrul EglerDeterminarea vscozitii
dinamiceConsideraii teoretice.
Vscozitatea este una din cele mai importante caracteristici
pentru controlul proceselor tehnologice i alegerea celor mai
potrivite tipuri de uleiuri pentru diverse aplicaii
industriale.
Vscozitatea este proprietatea fluidelor de a opune rezisten la
curgere, ca rezultat al interaciunii mecanice dintre particulele
lor componente. n timpul curgerii fluidelor n interiorul lor iau
natere tensiuni tangeniale care se opun deplasrii straturilor de
lichid care se mic unul fa de altul. Dup comportarea lor la
curgere, fluidele se mpart n newtoniene (se supun legii lui Newton
n regim de curgere laminar) i nenewtoniene.Legea lui Newton se
exprim prin relaia:
= - dv/dn
n care:
tensiunea tangenial;
dv/dn gradient de vitez;
vscozitatea dinamic.
De aici, vscozitatea dinamic a unui fluid newtonian n regim de
curgere laminar este raportul dintre tensiunea tangenial i
gradientul de vitez. n sistemul internaional, unitatea sa de msur
este N.s/m2. n sistemul CGS, unitata de msur se numete poise
(P).
Se definete vscozitatea cinemati () a unui fluid ca fiind
raportul dintre vscozitatea i densiatea sa:
= /
Densitatea se msoar la temperatura la care este murat
vscozitatea.
n S.I. unitatea de msur este m2/s, iar in CGS stokes (St), cu
submultiplu uzual cSt.
Vscoziatea convenional (Engler) a unui fluid este raportul
dintre timpul de curgere a 200 ml din acest lichid i timpul de
curgere a aceluiai volum de apa, la temperatura de 20C, n
vscoziometrul Engler, n condiile determinate.
Unitatea de msur este gradul Engler (E) i alturi de valoarea
vscozitii se indic ntotdeauna temperatura la care s-a efectuat
determinarea.
Vscozitatea Saybolt este timpul de curgere, n secunde, a 60 ml
lichid print-un orificiu (tip Universal sau tip Furol), n
vscozimetrul Saybolt, n condiii determinate. Unitatea de msur este
secunda (Saybolt Universal) i se impune menionarea temperaturii la
care s-a efectuat determinarea.Vscozitatea Redwood este timpul de
curgere a 50 ml dintr-un lichid printr-un orificiu n vcozimetrul
Redwood, n condiii determinate. Unitatea de msur este secunda i se
menioneaz temperatura determinrii.
Determinarea vscozitii n uniti absolute se face prin metoda
curgerii prin vscozimetrul capilar sau prin metoda cderii unei bile
prin lichid n tub nclinat.
Vscozimetrul capilar Ubbelohde se poate utiliza pentru vscoziti
ntre 1 10.000 cSt. Aparatul cuprinde o serie de tuburi capilare din
sticl, calibrate pe diverse domenii i introduse ntr-o baie
termostatat. Se msoar, cu ajutorul unui cronometru, timpul de
curgere al lichidului ntre dou repere de pe tubul capilar.
Determinarea vscozitii dinamice prin cderea unei bile n tub
nclinat se efectuez cu ajutorul vcozimetrului Hoppler, pentru
domeniul 0,006...250 N.s/m2.Determinarea vscozitii n uniti
convenionale se face cu ajutorul vscozimetrelor Engler (vscozitatea
relativ convenional), Saybolt i Redwood.Vscozimetrul Engler este
format dintr-un vas cilindric care are la partea inferioar un
orificu de curgere calibrat, prevzut cu un obturator. Vasul este
termostatat. Produsul de analizat este introdus n vas, adus la
temperatura determinrii i lsa s se scurg prin orificiu ntr-un
recipient calibrat; se msoar timpul de scurere cu ajutorul unui
cronometru.
Vscozimetrul Saybolt are un domeniu de lucru cuprins ntre 32 i
1000 s (Saybolt Universal). Aparatul este constituit dintr-un vas
cilindric la partea inferioar a cruia se infiltreaz tuburile
calibrate, din oel inoxidabil. Se cronometreaz timpul n care
lichidul scurs umple recipientul calibrat pn la reper.Vscozimetrul
Redwood funcioneaz pe domeniul 30...2000 secunde. Este compus
dintr-un recipient cilindric din alam argintat, prevzut cu un disc
din agat care are n centru un orificiu tubular calibrat. Se msoar
cu cronometrul timpul de umplere a vasului calibrat.
ntruct vscozitatea se modific sensibil cu temperatura (variaie
invers proporional), pentru raiuni tehnologice se definete indicele
de vscozitate. Acesta este un numr empiric care d indicaii asupra
calitii unui ulei din punct de vedere al comportrii sale la variaii
de temperatur. O valoare ridicat a indicelui de vscozitate exprim o
variaie relativ mic a vscozitii cu temperatura i invers. Indicele
de vscozitate se calculeaz prin comparareauleiului de analizat cu
un ulei etalon care are vscozitatea egal cu a probei la anumite
temperaturi (37,8 i 98,9C).Principiul metodei.
Se msoar viteza de cdere a unei bile care ruleaz sau alunec
ntr-un tub nclinat n condiii care asigur proporionalitatea ntre
vitez i vscozitate.
Aparatura.
Vscozimetrul Hoppler se compune din urmtoarele pri:
- tub de sticl de cca. 40 ml 1, ( cu capace cu piuli la ambele
capete ) care se umple cu lichidul de analizat; pe tub sunt gravate
dou repere, la 100 mm ntre ele;- baie de termostatare 2, umplut cu
un lichid convenabil i fixat pe un stativ ( cu nivela cu bul de aer
i uruburi de calare ), nclinat la 1030fa de vertical; se poate roti
n jurul axei; dispune de dou tuuri pentru conectare la un
termostat;
- termometru de precizie cu filet 3;- set de bile cu
caracteristicile de mai jos:
- cronometru.
BilaDiametrul [mm]Masa [kg]Densitatea [g/cm3]Constanta k
115,794,9232,3890,00943
215,654,7962,3880,0568
315,6216,2728,1520,0757
415,2515,1578,1570,526
514,2811,7227,9674,60
611,125,5607,72433
Mod de lucru.Se aduce aparatul n poziie orizontal cu ajutorul
uruburilor de calare. Se spal i se usuc tubul de prob, capacele,
bilele. Se cltete tubul cu produsul de analizat. Se umple tubul,
lsnd un gol de cca. 2 cm pn la marginea superioar. Se ndeprteaz
eventualele bule de aer. Se introduce bila aleas i se inchide
tubul. Se aduce lichidul la temperatura determinrii i se ateapt 15
minute pentru atingerea echilibrului termic. Se rotete tubul la
1800 prin slbirea urubului de fixare, lsnd bila s strbat tubul pn
la captul opus. Se readuce tubul n poziia iniial, bila stbate
drumul invers. n momentul n care bila este tangent la reperul
superior se pornete cronometrul care se oprete la atingerea
reperului inferior.Calcul.Vscozitatea dinamic se calculeaz cu
formula:
=k (b a) [cP]unde:
k constanta aparatului
b densitatea bilei la temperatura determinrii, g/cm3a densitatea
lichidului la temperatura determinrii, g./cm3 - durata cursei ntre
repere, secunde Pentru a obine valoarea n uniti SI :
1 cP = 10-3 N.s /m2
Vscozitatea cinematic se calculeaz cu formula:
= /a [cSt]
