vâscozitatea cinematică explicată

Vâscozitate cinematică: fluidele newtoniene vs. non-newtoniene

un fluid Newtonian este un fluid care menține vâscozitatea constantă în toate ratele de forfecare (stresul de forfecare variază liniar cu viteza de forfecare). Aceste fluide sunt numite newtoniene, deoarece urmează formula originală stabilită de Sir Isaac Newton în Legea mecanicii fluidelor. Unele fluide, cu toate acestea, nu se comportă în acest fel. În general, ele sunt numite fluide non-newtoniene., Fluidele newtoniene includ gaze, apă, petrol, benzină și alcool.un grup de fluide Non-newtoniene denumite tixotropice prezintă un interes deosebit în analiza uleiului uzat, deoarece vâscozitatea unui fluid tixotropic scade odată cu creșterea vitezei de forfecare. Vâscozitatea unui fluid tixotropic crește pe măsură ce viteza de forfecare scade. Cu fluidele tixotropice, timpul de setare poate crește vâscozitatea aparentă ca în cazul grăsimii. Exemple de fluide non-newtoniene includ:

• lichide de îngroșare a forfecării: vâscozitatea crește odată cu creșterea vitezei de forfecare., De exemplu, amidonul de porumb, atunci când este introdus în apă și agitat, începe să se simtă mai gros în timp.
• lichide de subțiere a forfecării: vâscozitatea scade odată cu creșterea vitezei de forfecare. Vopseaua pentru pereții dvs. este un bun exemplu în acest sens. Pe măsură ce amestecați vopseaua, devine mai fluidă.
• lichide tixotropice: devin mai puțin vâscoase atunci când sunt agitate. Exemple comune în acest sens sunt ketchup-ul de roșii și iaurtul. Odată scuturate, ele devin mai fluide. Când sunt lăsați singuri, se întorc într-o stare asemănătoare gelului.
• lichide Reopectice: devin mai vâscoase atunci când sunt agitate. Un exemplu comun în acest sens este cerneala imprimantei.,lire (mai mare rata de forfecare, vâscozitate mai mare)
  Apa Shear-thinning lichide (mai mare rata de forfecare, vâscozitate redusă) Ulei Tixotropic lichide (devenit mai puțin vâscos atunci când agitat) Benzina Rheopectic lichide (devenit mai vâscos atunci când agitat) Alcool

  Vâscozitate Cinematică: Un Exemplu Practic

  Imaginați-vă că aveți două borcane înainte de a – o umplut cu maioneza, alte umplut cu miere., Cu ambele borcane aplicate pe suprafața mesei cu Velcro, imaginați-vă scufundând cuțite de unt identice în fiecare dintre fluide la același unghi și la aceeași adâncime. Imaginați-vă că agitați cele două fluide prin rotirea cuțitelor la aceeași rpm, păstrând același unghi de atac.

  care dintre cele două fluide a fost mai greu de agitat? Răspunsul dvs. ar trebui să fie miere, care este mult mai greu de amestecat decât maioneza. Acum imaginați-vă că detașați borcanele de Velcro de pe masă și întoarceți borcanele de partea lor. Care curge din borcan mai repede, miere sau maioneză?, Răspunsul dvs. ar trebui să fie miere, maioneza nu va curge deloc întorcând borcanul pe o parte.

  care fluid este mai vâscos, miere sau maioneză? Dacă ai spus maioneză, ai dreptate … cel puțin parțial. De asemenea, dacă ai spus miere, Ești parțial corect. Motivul anomaliei aparente este că atunci când rotiți cuțitul în ambele substanțe, viteza de forfecare variază, în timp ce rotirea fiecărui borcan pe partea sa măsoară pur și simplu rezistența statică la curgere.,deoarece mierea este un fluid Newtonian în timp ce maioneza este non-Newtoniană, vâscozitatea maionezei scade pe măsură ce viteza de forfecare crește sau pe măsură ce cuțitul este rotit. Amestecarea supune maioneza la un stres ridicat de forfecare, determinând-o să cedeze acțiunii de forțare. În schimb, pur și simplu setarea borcanului pe partea sa supune maioneza la un stres de forfecare scăzut, rezultând o schimbare de vâscozitate mică sau deloc, astfel încât tinde să rămână în borcan.

  nu se poate măsura în mod convențional vâscozitatea unui fluid non-Newtonian., Mai degrabă, trebuie să se măsoare vâscozitatea aparentă, care ia în considerare rata de forfecare la care a fost efectuată măsurarea vâscozității. (Vezi Figura 4) la fel ca măsurătorile de vâscozitate nu au sens decât dacă temperatura de testare este raportată, măsurătorile de vâscozitate aparentă nu au sens decât dacă temperatura de testare și viteza de forfecare sunt raportate.de exemplu, vâscozitatea grăsimii nu este niciodată raportată, mai degrabă vâscozitatea aparentă a grăsimii este raportată în centipoize (cP)., (Notă: vâscozitatea poate fi raportată pentru uleiul de bază utilizat pentru a face grăsimea, dar nu a produsului finit.în general, un fluid este non-Newtonian dacă este compus dintr-o substanță suspendată (dar nu dizolvată chimic) într-un fluid gazdă. Pentru ca acest lucru să se întâmple, există două categorii de bază, emulsii și suspensii coloidale. O emulsie este coexistența fizică stabilă a două fluide nemiscibile. Maioneza este un fluid non-Newtonian comun, format din ouă emulsionate în ulei, lichidul gazdă., Deoarece maioneza este non-Newtoniană, vâscozitatea sa se produce cu forța aplicată, ceea ce o face ușor de răspândit.o suspensie coloidală este compusă din particule solide suspendate stabil într-un fluid gazdă. Multe vopsele sunt suspensie coloidală. Dacă vopseaua era Newtoniană, s-ar răspândi ușor, dar ar alerga dacă vâscozitatea este scăzută, sau s-ar răspândi cu mare dificultate și ar lăsa urme de perie, dar nu ar alerga dacă vâscozitatea este ridicată.deoarece vopseaua este non-Newtoniană, vâscozitatea acesteia se produce sub forța periei, dar se întoarce atunci când peria este luată., Drept urmare, vopseaua se răspândește cu o ușurință relativă, dar nu lasă urme de perie și nu rulează.

  Vâscozitate dinamică vs. cinematică: care este diferența

  vâscozitatea dinamică determină grosimea filmului furnizată de ulei. Vâscozitatea cinematică este doar o încercare convenabilă de a estima gradul de grosime a filmului pe care îl poate oferi uleiul, dar are o semnificație mai mică dacă uleiul nu este Newtonian.,

  

  Multe lubrifiant formule și condiții va produce un fluid non-Newtonian, inclusiv:

  • Indicele de Viscozitate (VI) Ameliorator Aditivi – Multigrad mineral pe baza de uleiuri de motor (cu excepția natural ridicat VI uleiuri de bază) sunt formulate cu un elastic aditiv care este compact la temperaturi scăzute și se extinde la temperaturi ridicate ca răspuns la creșterea volumului de lichide de solvabilitate. Deoarece această moleculă de aditiv este diferită de moleculele uleiului gazdă, se comportă într-o manieră non-Newtoniană.,

  • contaminarea apei-uleiul și apa liberă nu se amestecă, nu chimic oricum. Dar, în anumite circumstanțe, se vor combina pentru a forma o emulsie, la fel ca maioneza discutată mai devreme. Oricine a văzut ulei care arată ca o cafea cu cremă poate atesta acest fapt. Deși poate părea contraintuitiv, contaminarea apei, atunci când este emulsionată în ulei, crește de fapt vâscozitatea cinematică.,subproduse de degradare termică și oxidativă-multe subproduse de degradare termică și oxidativă sunt insolubile, dar sunt transportate de ulei într – o suspensie stabilă. Aceste suspensii creează un comportament non-Newtonian.funingine-frecvent întâlnită la motoarele diesel, funinginea este o particulă care are ca rezultat o suspensie coloidală în ulei. Aditivul dispersant al uleiului, conceput pentru a împiedica particulele de funingine să se aglomereze și să crească, servește la facilitarea formării unei suspensii coloidale.,

  Dacă s-ar măsura absolută vâscozitate de una dintre acestea frecvent întâlnite emulsii sau coloizi descrise mai sus cu o variabilă rata de forfecare absolută viscometer (de exemplu, ASTM D4741), evaluarea va scădea pe măsură ce rata de forfecare crește, până la un punct de stabilizare.dacă s-ar împărți această vâscozitate absolută stabilizată la greutatea specifică a fluidului pentru a estima vâscozitatea cinematică, valoarea calculată ar diferi de vâscozitatea cinematică măsurată., Din nou, ecuațiile din Figura 3 Se aplică numai fluidelor newtoniene, nu fluidelor non-newtoniene descrise mai sus, motiv pentru care apare această discrepanță.

  vâscozitatea cinematică și efectele gravitației specifice

  priviți din nou ecuațiile din Figura 3. Vâscozitățile absolute și cinematice ale unui fluid Newtonian sunt legate în funcție de greutatea specifică a fluidului. Luați în considerare aparatul din Figura 1, becul care conține uleiul de probă, care este eliberat atunci când vidul este eliminat, apoi produce un cap de presiune care conduce uleiul prin tubul capilar.,se poate presupune că toate fluidele vor produce același cap de presiune? Nu, presiunea este o funcție a greutății specifice a fluidului sau a greutății în raport cu greutatea unui volum identic de apă. Majoritatea uleiurilor lubrifiante pe bază de hidrocarburi au o greutate specifică de 0,85 până la 0,90. Totuși, acest lucru se poate schimba în timp pe măsură ce uleiul se degradează sau devine contaminat (glicol, apă și metale de uzură, de exemplu), ceea ce produce o diferență între măsurătorile de vâscozitate absolută și cinematică.luați în considerare datele prezentate în tabelul 2., Fiecare dintre noile scenarii de ulei este identic, iar în ambele cazuri vâscozitatea absolută crește cu 10%, de obicei limita de condamnare pentru o schimbare a vâscozității. În scenariul A, modificarea modestă a gravitației specifice are ca rezultat o ușoară diferență între vâscozitatea absolută măsurată și vâscozitatea cinematică.

  acest diferențial ar putea întârzia ușor sunetul alarmei de schimbare a uleiului, dar nu ar cauza prea multe erori. Cu toate acestea, în scenariul B, diferențialul este mult mai mare. Aici, greutatea specifică crește semnificativ, ceea ce duce la o creștere măsurată de 1.,5% în vâscozitatea cinematică, față de o creștere de 10% măsurată cu un viscozimetru absolut.aceasta este o diferență semnificativă care ar putea determina analistul să identifice situația ca nereportabilă. Eroarea care a fost făcută este presupunerea în ambele scenarii că fluidele rămân newtoniene.datorită numeroaselor posibilități de formare a fluidelor non-newtoniene, adevăratul parametru de interes pentru analistul de ulei și tehnologia lubrifianților ar trebui să fie vâscozitatea absolută. Este ceea ce determină grosimea filmului fluidului și gradul în care suprafețele componente sunt protejate., În interesul economiei, simplității și faptului că noile proceduri de testare a lubrifianților sunt împrumutate în mod obișnuit pentru analiza uleiului uzat, vâscozitatea cinematică a uleiului este parametrul măsurat utilizat pentru trend și luarea deciziilor de gestionare a lubrifianților. Cu toate acestea, în anumite cazuri, acest lucru poate introduce erori inutile în determinarea vâscozității unui ulei.

  problema poate fi redusă la matematică simplă. După cum sugerează ecuațiile din Figura 3, vâscozitatea absolută și cinematică sunt legate în funcție de greutatea specifică a uleiului., Dacă atât vâscozitatea, cât și greutatea specifică sunt dinamice, dar se măsoară doar una, va apărea o eroare, iar vâscozitatea cinematică nu va oferi o evaluare exactă a modificării vâscozității absolute a fluidului, parametrul de interes. Cantitatea de eroare este o funcție a cantității de modificare a parametrului nemăsurat, greutatea specifică.,

  Concluzii Importante cu Privire Vâscozitate Cinematică

  se poate trage următoarele concluzii din această discuție despre viscozitate de măsurare:

  • Presupunând laborator măsuri de vâscozitate cinematică metode, adăugând greutate specifică de măsurare la un laborator de rutină ulei de program de analiză vă va ajuta pentru a elimina acest lucru ca o variabilă în estimarea absolută vâscozitate de măsurat vâscozitate cinematică.când utilizați un viscozimetru la fața locului, nu căutați un acord complet între viscozimetrul cinematic al laboratorului și instrumentul la fața locului., Majoritatea acestor dispozitive măsoară vâscozitatea absolută (cP) și aplică un algoritm pentru a estima vâscozitatea cinematică (cSt), adesea menținând Constanta gravitației specifice. Luați în considerare trending rezultatele de la viscometer la fața locului în cP.
    este parametrul măsurat și ajută la diferențierea tendinței la fața locului de tendința datelor produse de laborator cu un viscometer cinematic. Nu încercați să obțineți un acord perfect între măsurătorile de vâscozitate la fața locului și cele de laborator. Este inutil și generează puțină valoare. În cel mai bun caz, căutați o corelație liberă., Puneți întotdeauna la bază noul ulei cu același viscozimetru pe care îl utilizați cu uleiul în funcțiune.

  • recunoașteți că fluidele non-newtoniene nu oferă aceeași protecție a filmului pentru o vâscozitate cinematică dată ca un fluid Newtonian cu aceeași vâscozitate cinematică. Deoarece vâscozitatea unui fluid non-Newtonian va varia în funcție de viteza de forfecare, rezistența filmului este slăbită sub sarcină și viteză de operare., Acesta este unul dintre motivele pentru care apa emulsionată crește rata de uzură a componentelor, cum ar fi rulmenții cu elemente de rulare, unde rezistența filmului fluid este critică (desigur, apa provoacă și alte mecanisme de uzură, cum ar fi cavitația vaporoasă, rugina și fragilitatea hidrogenului și blisterele).vâscozitatea este o proprietate critică a fluidului, iar monitorizarea vâscozității este esențială pentru analiza uleiului. Tehnicile de măsurare dinamică și cinematică a vâscozității pot produce rezultate foarte diferite la testarea uleiurilor uzate., Asigurați-vă că elementele de măsurare a vâscozității și comportamentul vâscos al fluidului sunt înțelese, astfel încât să poată fi luate decizii corecte de lubrifiere.

    

    
    despre autor