Μετάβαση στο κύριο περιεχόμενο
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (ΗΠΑ)     
Απομυθοποιητικό ιξώδες ρευστού μη Νεύτωνα

Μέτρηση ιξώδους υγρού μη Νεύτωνα με ενσωματωμένο ιξωδόμετρο SRV

Πολλά, αν όχι τα περισσότερα, τα υγρά παρουσιάζουν μη-Νεύτωνα συμπεριφορά. Ένα ρευστό λέγεται ότι δεν είναι Νεύτωνα όταν το μετρούμενο ιξώδες του εξαρτάται από τον ρυθμό διάτμησης με τον οποίο διεξάγεται η μέτρηση.

1. Σύντομη εισαγωγή στα μη-Νεύτωνα υγρά

Το ιξώδες ορίζεται ως ο λόγος της τάσης διάτμησης προς τον ρυθμό διάτμησης όταν ένα υγρό υποβάλλεται σε ομοιόμορφη διάτμηση, που φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 1:

Εικ. 1 - Ένα νευτονικό υγρό που κόβεται μεταξύ δύο παράλληλων πλακών

Εικ. 1: Ένα υγρό Νεύτωνα που κόβεται μεταξύ δύο παράλληλων πλακών

Όταν η δύναμη έλξης (διατμητική τάση) είναι ανάλογη με την ταχύτητα της κάτω πλάκας (ρυθμός διάτμησης), το υγρό ονομάζεται Νεύτωνας. Το ιξώδες του είναι ανάλογο με την αναλογία δύναμης έλξης προς ταχύτητα. Επομένως, το ιξώδες δεν εξαρτάται από το πόσο γρήγορα γίνεται η διάτμηση. η τάση διάτμησης θα αυξηθεί απλά για να συμβαδίζει με το ρυθμό διάτμησης. Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία διατμητικής τάσης προς ρυθμό διάτμησης, τόσο υψηλότερο είναι το ιξώδες (οι δύο ευθείες γραμμές στο Σχ. 2 παρακάτω):

Εικ. 2 - Συμπεριφορά υγρών Νεύτωνα και αραίωσης διάτμησης

Εικ. 2: Συμπεριφορά υγρών Νεύτωνα και αραίωσης διάτμησης

Ρεύματα Νεύτωνα και Μη Νεύτωνα

Για Νεύτωνα υγρά, η αλλαγή της δύναμης που ασκείτε στο υγρό δεν θα αλλάξει το ιξώδες τους. Το ιξώδες παραμένει σταθερό καθώς η δύναμη που ασκείται αλλάζει. Σε ένα Νεύτωνα ρευστό η σχέση μεταξύ της τάσης διάτμησης και του ρυθμού διάτμησης είναι γραμμική, περνώντας από την προέλευση, ενώ η σταθερά της αναλογικότητας είναι συντελεστής ιξώδους.

Μη Νεύτωνας Τα υγρά έχουν ιξώδη που αλλάζουν ανάλογα με την ποσότητα δύναμης που ασκείται στο υγρό. Το ιξώδες αλλάζει καθώς αλλάζει η ισχύς. Σε ένα Μη Νεύτωνα ρευστό η σχέση μεταξύ της διατμητικής τάσης και του ρυθμού διάτμησης είναι διαφορετική και μπορεί ακόμη και να εξαρτάται από το χρόνο (Time Dependent Viscosity) - ένας σταθερός συντελεστής ιξώδους δεν μπορεί να οριστεί για τα μη-Νεύτωνα υγρά όσο είναι δυνατόν για τα Νεύτωνα υγρά.

Στην περίπτωση των μη-Νευτώνων ρευστών, η έννοια του ιξώδους που χρησιμοποιείται συνήθως στη μηχανική ρευστού για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων διάτμησης ενός υγρού δεν είναι αρκετά επαρκής. Αντ 'αυτού, μελετώνται καλύτερα μέσω πολλών άλλων ρεολογικών ιδιοτήτων που σχετίζονται με τους τανυστές τάσης και τάσης υπό πολλές διαφορετικές συνθήκες ροής οι οποίες μετρώνται χρησιμοποιώντας διαφορετικές συσκευές ή ροόμετρα.

Αναφορά - https://www.wikilectures.eu/w/Non-Newtonian_fluid (Εικόνα - Άδεια Creative Commons)

Ένα είδος μη-Νεύτωνας συμπεριφοράς που είναι κοινό σε πολλά υγρά είναι ότι το μετρούμενο ιξώδες μειώνεται καθώς ο ρυθμός διάτμησης του ιξωδομέτρου ανεβαίνει. Αυτό ονομάζεται συμπεριφορά αραίωσης διάτμησης. Ο λόγος του υγρού αραίωσης διάτμησης της τάσης διάτμησης προς τον ρυθμό διάτμησης ξεκινά ψηλά, αλλά μειώνεται καθώς αυξάνεται ο ρυθμός διάτμησης. Στο σχήμα 2 παραπάνω, η καμπύλη διάτμησης του υγρού αραίωσης διάτμησης έναντι της καμπύλης του ρυθμού διάτμησης ξεκινά παράλληλα με τα υγρά υψηλού ιξώδους και τυλίγεται παράλληλα με τα ρευστά χαμηλού ιξώδους. Το υγρό γίνεται λεπτότερο όσο γρηγορότερα κοπεί.

Τα περισσότερα υγρά παρουσιάζουν μια μη γραμμική σχέση μεταξύ της τάσης διάτμησης και του ρυθμού διάτμησης. Αυτό σημαίνει ότι το μετρούμενο ιξώδες εξαρτάται από τον τύπο του ιξωδόμετρου που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση. Το SRV έχει πολύ υψηλότερο ρυθμό διάτμησης από τα περισσότερα ιξωδόμετρα περιστροφικής, τριχοειδούς και εκροής κυπέλλου. Επομένως, το SRV θα εμφανίζει συχνά ένα ουσιαστικά διαφορετικό ιξώδες από ένα εργαστηριακό περιστροφικό όργανο.

Οι ακόλουθες παράγραφοι περιγράφουν τις μετρήσεις ενός τυπικού υγρού αραίωσης διάτμησης και τις συνέπειες για ενσωματωμένες μετρήσεις με το Rheonics SRV.

2. Μετρήσεις ιξώδους υλικών αραίωσης διάτμησης

Συμπυκνωμένα απορρυπαντικά διαλύματα, όπως σαμπουάν, υγρά πλυσίματος πιάτων και μαλακτικά υφασμάτων, συνήθως εμφανίζουν συμπεριφορά αραίωσης διάτμησης. Όταν ένα περιστροφικό ιξωδόμετρο, όπως ένα Brookfield DV, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ιξώδους τους, το υποδεικνυόμενο ιξώδες μειώνεται καθώς αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής του άξονα. Το ακόλουθο διάγραμμα, το Σχ. 3, απεικονίζει αυτήν τη συμπεριφορά αραίωσης διάτμησης:

Brookfield-περιστροφικό-ιξωδόμετρο3t
Εικ. 3 - Ένδειξη ιξώδους έναντι ταχύτητας άξονα ιξωδόμετρου

Σχ. 3 (α) Ένα τυπικό περιστροφικό ιξωδόμετρο - Brookfield DV3 (b) Ένδειξη ιξώδους έναντι ταχύτητας ατράκτου ιξωδόμετρου για απαλότητα υφάσματος σε περιστροφικό ιξωδόμετρο

Αν και ο ρυθμός διάτμησης δεν είναι καλά καθορισμένος για τα περισσότερα ιξωδόμετρα, μπορεί να αποδειχθεί ότι ο ρυθμός διάτμησης των ιξωδόμετρων δόνησης, όπως το Rheonics SRV, είναι περισσότερο από εκατό φορές υψηλότερος από αυτόν ενός τυπικού ιξωδόμετρου Brookfield, Fann ή άλλου περιστροφικού μετρητή . Αυτό σημαίνει ότι το SRV λειτουργεί στην ουρά υψηλής διάτμησης της καμπύλης ρυθμού διάτμησης. Το ιξώδες που υποδεικνύει είναι σημαντικά χαμηλότερο από ό, τι για τις περισσότερες άλλες διαδικασίες μέτρησης ιξώδους χωρίς δόνηση.

Όταν μετριέται με ένα ιξωδόμετρο Rheonics SRV, το μαλακτικό υφάσματος δίνει ενδεικτικό ιξώδες 9.7 cPs. Η πολύ χαμηλότερη τιμή είναι ανιχνεύσιμη στο ίδιο φαινόμενο που φαίνεται στο Σχ. 1, η μείωση του ιξώδους καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του άξονα. Το υλικό αραιώνει τη διάτμηση και ο ρυθμός διάτμησης του SRV είναι περίπου δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερος από αυτόν που επιτυγχάνεται με τα τυπικά περιστροφικά ιξωδόμετρα. Επομένως, είναι αδύνατο να ληφθεί ένας αριθμητικός συνδυασμός μεταξύ του SRV και των περιστροφικών ιξωδόμετρων, εκτός από αυστηρά Νεύτωνα, δηλαδή υγρά ανεξάρτητα από την ταχύτητα διάτμησης.

Τι σημαίνει αυτό για εφαρμογές στις οποίες το υγρό εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διάτμηση; Αυτό εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το τι θα χρησιμοποιηθεί το SRV.

Εικόνα 1. Ενσωματωμένο ιξωδόμετρο (αριστερά) και εγκατεστημένο σε προσαρμογέα γραμμής ροής για ενσωματωμένες εφαρμογές. Εικόνα 1. Ενσωματωμένο ιξωδόμετρο (αριστερά) και εγκατεστημένο σε προσαρμογέα γραμμής ροής για ενσωματωμένες εφαρμογές. Εικόνα 1. Ενσωματωμένο ιξωδόμετρο (αριστερά) και εγκατεστημένο σε προσαρμογέα γραμμής ροής για ενσωματωμένες εφαρμογές

Εικ. 4. Ενσωματωμένο ιξωδόμετρο (αριστερά) και εγκατεστημένο σε προσαρμογέα γραμμής ροής για ενσωματωμένες εφαρμογές

Μία τυπική χρήση για ένα ενσωματωμένο ιξωδόμετρο είναι η παρακολούθηση του ιξώδους ενός προϊόντος για να επιβεβαιωθεί ότι το ιξώδες του παραμένει σταθερό. Οι παράμετροι της διαδικασίας μπορούν στη συνέχεια να ρυθμιστούν από τον χειριστή για να διατηρηθεί το ιξώδες εντός ενός καθορισμένου εύρους. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να είναι δυνατή η εξαγωγή ενός τύπου μετατροπής που επιτρέπει στις αναγνώσεις της Rheonics SRV να συσχετίζονται με εργαστηριακές μετρήσεις με καθορισμένες συνθήκες διάτμησης.

Εναλλακτικά, το Rheonics SRV μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρας σε βρόχο ελέγχου για αυτόματη προσαρμογή μίας ή περισσοτέρων παραμέτρων διεργασίας προκειμένου να διατηρηθεί το ιξώδες του προϊόντος εντός καθορισμένων ορίων. Μια τυπική εφαρμογή είναι σε μηχανές εκτύπωσης φλεξογραφίας ή περιστροφικής χάραξης, στις οποίες το Rheonics SRV χρησιμοποιείται για να διατηρεί το ιξώδες της μελάνης εκτύπωσης σταθερό.

Και στις δύο περιπτώσεις, όταν παρακολουθούνται ή ελέγχονται εξαιρετικά μη Νεύτωνα υγρά, όπως προϊόντα που περιέχουν σαπούνι και επιφανειοδραστικό, το SRV πρέπει να λειτουργεί σε υγρό που ρέει πέρα ​​από τον αισθητήρα. Δεν θα παρέχει αναπαραγώγιμες ενδείξεις εάν απλώς βυθιστεί σε ένα ποτήρι προϊόντος. Όταν χρησιμοποιείται σε μια γραμμή που περιέχει ρέον προϊόν, θα δώσει μια σαφή και αναπαραγώγιμη απόκριση σε τυχόν αλλαγές στο ιξώδες του προϊόντος.

Παρακολούθηση διαδικασίας

Παρακολουθήστε το ιξώδες ενός προϊόντος για να βεβαιωθείτε ότι το ιξώδες του παραμένει σταθερό.

Ελεγχος διαδικασίας

Ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε έναν βρόχο ελέγχου για αυτόματη προσαρμογή μίας ή περισσότερων παραμέτρων διεργασίας προκειμένου να διατηρηθεί το ιξώδες του προϊόντος εντός καθορισμένων ορίων.

Έλεγχος πρώτων υλών

Εκτελέστε ποιοτικούς ελέγχους στις εισερχόμενες πρώτες ύλες.

Έλεγχος τελικού προϊόντος

Διασφάλιση της πλήρους συμμόρφωσης της ποιότητας των τελικών προϊόντων με τα καθιερωμένα πρότυπα.

ΣΗΜΕΊΩΣΗ: Το καθεστώς ροής (συνέπεια) είναι σημαντικό για να έχετε αξιόπιστη και ακριβή παρακολούθηση σε μη-Νεύτωνα υγρά διεργασίας. Ροή υγρού σε όλο τον αισθητήρα και εξασφάλιση σταθερής ροής με παρόμοια ταχύτητα ρευστού και διατομή σε όλες τις μετρήσεις.

3. Συστάσεις για τον έλεγχο της εφαρμοσιμότητας του Rheonics SRV σε μετρήσεις με υγρά που δεν ανήκουν στη Νεύτωνα

Κατά την αξιολόγηση του Rheonics SRV για μια συγκεκριμένη ενσωματωμένη μέτρηση, είναι απαραίτητο να λειτουργεί το SRV υπό πραγματικές συνθήκες διαδικασίας. Το SRV πρέπει να τοποθετηθεί σε μια γραμμή επεξεργασίας στην οποία ρέει το προϊόν και να καταγράφεται το ιξώδες και η θερμοκρασία κατά τη λειτουργία της γραμμής διεργασίας.

Είναι απολύτως απαραίτητο το SRV ΔΕΝ αξιολογείται βάσει στατικών μετρήσεων. Η τοποθέτηση του SRV σε ένα ποτήρι στάσιμου ρευστού συνήθως δεν δίνει μετρήσεις που συμφωνούν με τις μετρήσεις που λαμβάνονται στην πραγματική γραμμή διεργασίας με ρυθμούς ροής τυπικούς για τη λειτουργία αυτής της διαδικασίας.

Για εφαρμογές στις οποίες δεν υπάρχει σαφές εάν το Rheonics SRV θα παρέχει χρήσιμες μετρήσεις, επικοινωνήστε με τη Rheonics για να κανονίσετε μια δοκιμή ενός από τους αισθητήρες SRV στην εφαρμογή σας.

Sensor_Pipe_mounting

Εικ. 5. Εγκατάσταση SRV & SRD σε σωλήνες

Βρες