Jak zmierzyć lepkość cieczy pod różnymi naprężeniami ścinającymi za pomocą wiskozymetru?

Hej tam! Jako dostawca wiskozymetrów często jestem pytany o to, jak mierzyć lepkość cieczy przy różnych naprężeniach ścinających za pomocą wiskozymetru. Jest to kluczowy temat, szczególnie w branżach takich jak żywność, kosmetyki i farmaceutyka, gdzie właściwości przepływu cieczy mogą znacząco wpływać na jakość produktu. Na tym blogu przeprowadzę Cię przez ten proces krok po kroku, dzieląc się przy tym kilkoma wskazówkami i trikami.

Co to jest lepkość i naprężenie ścinające?

Zanim zagłębimy się w proces pomiaru, przyjrzyjmy się szybko, czym jest lepkość i naprężenie ścinające. Lepkość jest miarą oporu przepływu płynu. Pomyśl o tym jako o „grubej” lub „rzadkiej” cieczy. Na przykład miód ma dużą lepkość, ponieważ płynie powoli, natomiast woda ma niską lepkość i łatwo przepływa.

Z drugiej strony naprężenie ścinające to siła na jednostkę powierzchni, która powoduje odkształcenie lub przepływ płynu. Kiedy mieszasz ciecz, przykładasz do niej naprężenie ścinające. Zależność pomiędzy naprężeniem ścinającym a wynikającą z tego szybkością odkształcenia (szybkością ścinania) określa lepkość płynu.

Po co mierzyć lepkość przy różnych naprężeniach ścinających?

Wiele cieczy, szczególnie płyny nienewtonowskie, ma lepkość zmieniającą się w zależności od zastosowanego naprężenia ścinającego. Płyny nienewtonowskie można podzielić na różne typy, takie jak ścinanie - rozrzedzanie (lepkość maleje wraz ze wzrostem naprężenia ścinającego), ścinanie - zagęszczanie (lepkość wzrasta wraz ze wzrostem naprężenia ścinającego) i lepkosprężystość (wykazują zarówno właściwości elastyczne, jak i lepkie).

Pomiar lepkości pod różnymi naprężeniami ścinającymi pomaga nam zrozumieć, jak ciecz będzie się zachowywać w różnych rzeczywistych sytuacjach. Na przykład w procesie produkcyjnym, w którym ciecz jest pompowana rurami lub mieszana w zbiorniku, naprężenie ścinające może się zmieniać. Znając lepkość przy różnych naprężeniach ścinających, możemy zoptymalizować proces i zapewnić stałą jakość produktu.

Wybór odpowiedniego wiskozymetru

Dostępnych jest kilka typów wiskozymetrów, ale do pomiaru lepkości przy różnych naprężeniach ścinających, aWiskozymetr rotacyjnyjest często najlepszym wyborem. Wiskozymetr rotacyjny działa poprzez obracanie wrzeciona lub boba w cieczy i mierzenie momentu obrotowego wymaganego do utrzymania obrotu. Moment obrotowy jest powiązany z naprężeniem ścinającym, a prędkość obrotowa jest powiązana z szybkością ścinania.

Wybierając wiskozymetr rotacyjny, należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak zakres lepkości, który należy zmierzyć, wymagana dokładność i rodzaj testowanych próbek. Niektóre wiskozymetry są również wyposażone w dodatkowe funkcje, takie jak kontrola temperatury, co może być ważne, ponieważ lepkość jest w dużym stopniu zależna od temperatury.

Konfiguracja wiskozymetru

Po wybraniu odpowiedniego wiskozymetru czas go skonfigurować. Oto ogólne kroki:

1. Kalibrowanie: Przed użyciem wiskozymetru należy go koniecznie skalibrować. Dzięki temu pomiary są dokładne. Większość wiskozymetrów jest dostarczana z płynami kalibracyjnymi o znanej lepkości. Aby przeprowadzić kalibrację, postępuj zgodnie z instrukcjami producenta.
2. Wybierz wrzeciono: Wybór wrzeciona zależy od lepkości cieczy i zakresu naprężeń ścinających, jakie chcesz zastosować. W przypadku cieczy o dużej lepkości może być wymagane większe wrzeciono, natomiast w przypadku cieczy o niskiej lepkości zwykle wystarczające jest mniejsze wrzeciono.
3. Przygotuj próbkę: Upewnij się, że próbka jest jednorodna i ma żądaną temperaturę. W razie potrzeby należy zastosować łaźnię o kontrolowanej temperaturze, aby utrzymać stałą temperaturę podczas pomiaru.
4. Zamontuj wrzeciono: Ostrożnie zainstaluj wybrane wrzeciono na wiskozymetrze. Upewnij się, że jest odpowiednio wyrównany i zabezpieczony.

Pomiar lepkości pod różnymi naprężeniami ścinającymi

Po skonfigurowaniu wiskozymetru można rozpocząć pomiar lepkości przy różnych naprężeniach ścinających. Oto jak:

1. Ustaw warunki początkowe: Ustaw początkową prędkość obrotową wrzeciona. To określi początkową szybkość ścinania i naprężenie ścinające. Zacznij od niskiej prędkości i stopniowo ją zwiększaj.
2. Wykonaj pomiary: Gdy wrzeciono osiągnie ustalony obrót, dokonać pomiaru lepkości. Większość wiskozymetrów wyświetla lepkość bezpośrednio na ekranie. Zanotuj wartość lepkości wraz z odpowiednią prędkością obrotową (szybkością ścinania) i obliczonym naprężeniem ścinającym.
3. Zmień naprężenie ścinające: Zwiększ prędkość obrotową wrzeciona, aby zastosować większe naprężenie ścinające. Przed wykonaniem kolejnego pomiaru należy poczekać, aż system osiągnie nowy stan ustalony. Powtórz ten proces dla kilku różnych prędkości obrotowych, aby uzyskać zakres wartości lepkości przy różnych naprężeniach ścinających.

Analiza wyników

Po wykonaniu pomiarów czas na analizę wyników. Sporządź wykres zależności lepkości od naprężenia ścinającego lub szybkości ścinania. Wykres ten, zwany krzywą przepływu, może dostarczyć cennych informacji na temat zachowania płynu.

• Płyny Newtona: W przypadku płynów newtonowskich lepkość pozostaje stała niezależnie od naprężenia ścinającego. Krzywa przepływu będzie linią poziomą.
• Ścinanie - Rozcieńczanie płynów: W przypadku cieczy rozrzedzanych ścinaniem lepkość maleje wraz ze wzrostem naprężenia ścinającego. Krzywa przepływu będzie wykazywać nachylenie w dół.
• Ścinanie - Płyny zagęszczające: Ścinanie - płyny zagęszczające mają rosnącą lepkość wraz ze wzrostem naprężenia ścinającego. Krzywa przepływu będzie miała nachylenie w górę.

Analizując krzywą przepływu, można określić rodzaj płynu i jego właściwości przepływu. Informacje te można wykorzystać do optymalizacji procesów, formułowania produktów i rozwiązywania wszelkich problemów związanych z przepływem.

Wskazówki i porady

Oto kilka wskazówek zapewniających dokładne i wiarygodne pomiary lepkości:

• Kontrola temperatury: Jak wspomniano wcześniej, lepkość jest w dużym stopniu zależna od temperatury. Należy pamiętać o kontrolowaniu temperatury próbki podczas całego procesu pomiaru. Nawet niewielka zmiana temperatury może znacząco wpłynąć na lepkość.
• Próbka objętości: Użyj właściwej objętości próbki zalecanej przez producenta wiskozymetru. Niewystarczająca objętość próbki może prowadzić do niedokładnych pomiarów, szczególnie jeśli wrzeciono nie jest całkowicie zanurzone w cieczy.
• Czyszczenie: Po każdym pomiarze dokładnie wyczyść wrzeciono, aby usunąć wszelką próbkę. Zapobiega to zanieczyszczeniu krzyżowemu i zapewnia dokładne wyniki następnego pomiaru.
• Wiele pomiarów: Wykonaj wiele pomiarów przy każdym naprężeniu ścinającym, aby zapewnić spójność. Oblicz średnią wartość lepkości, aby zmniejszyć błąd.

Wniosek

Pomiar lepkości cieczy pod różnymi naprężeniami ścinającymi za pomocą wiskozymetru jest cenną techniką pozwalającą zrozumieć właściwości przepływu płynów. Postępując zgodnie z krokami opisanymi w tym blogu, możesz uzyskać dokładne i wiarygodne pomiary lepkości oraz uzyskać wgląd w zachowanie płynu w różnych rzeczywistych sytuacjach.

Jeśli szukasz wiskozymetru lub potrzebujesz więcej informacji na temat pomiaru lepkości, nie wahaj się z nami skontaktować. Jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci znaleźć odpowiednie rozwiązanie dla Twoich konkretnych potrzeb. Niezależnie od tego, czy prowadzisz laboratorium na małą skalę, czy zakład produkcyjny na dużą skalę, posiadamy wiedzę i produkty spełniające Twoje wymagania dotyczące pomiaru lepkości. Skontaktuj się z nami już dziś, aby rozpocząć dyskusję dotyczącą zakupów i przenieść analizę płynów na wyższy poziom.

Referencje

• ASTM D2196 - 18, Standardowe metody badania właściwości reologicznych materiałów nienewtonowskich za pomocą wiskozymetru rotacyjnego.
• Barnes, HA, Hutton, JF i Walters, K. (1989). Wprowadzenie do reologii. Nauka Elseviera.