Viskozimetreler, sıvıların akışkanlığını ve viskozitesini ölçen aletlerdir.Viskozite, bir akışkanın iç sürtünmesinden kaynaklanır ve bir sıvının akışa veya kesme gerilimine karşı direnci olarak tanımlanır.Viskozimetre uygulamaları, kullanılan sektörler ve çeşitlerini aşağıdaki yazımızda inceleyebilirsiniz.
Viskozimetre Uygulamaları
Viskozimetreler, yağ, asfalt, plastik, mum, boyalar, kaplamalar ve yapıştırıcılar gibi malzemeler için malzeme bilimi ve kimya endüstrilerinde geniş ve çeşitli uygulamalara sahiptir. Ayrıca yiyecek ve içeceklerde ve kozmetik, şampuan ve diş macunu gibi kişisel bakım ürünlerinde de kullanılırlar.
Viskoziteyi ölçmek, pompalanması veya boruya aktarılması gereken malzemeler için proses koşulları göz önüne alındığında önemlidir. Viskozite, özellikle boyalar ve mürekkeplerle ilgili olan daldırma ve kaplama performansını da etkiler.
Viskozite, her ikisi de akış davranışını etkileyen moleküler ağırlık ve yoğunluk dahil olmak üzere malzeme özelliklerinin çok yararlı bir dolaylı ölçümüdür. Bu nedenle viskozimetreler, parti tutarlılığını ve kalite kontrolünü izlemek için kullanılabilir.
Örnek uygulamalar şunları içerir:
- Farklı sıcaklık koşullarında motor yağı akışının ölçülmesi
- Uygun boru sistemleri tasarlamak için sütün akış özelliklerinin analizi
- Ürün tutarlılığını sağlamak için reçel ve şurupların viskozitesinin kontrol edilmesi.
- Viskozitedeki değişiklikler moleküler ağırlıktaki değişiklikleri yansıttığından, plastikleri karakterize etmek için viskozimetreler kullanılır. Akış hızı, farklı işlemler yoluyla polimer uzunluğunun değişimini belirlemek için kullanılabildiğinden, bunlar özellikle polimer sentezinde kullanışlıdır.
Endüstriyel olarak faydalı birçok durumda, enzimatik aktivite arttıkça viskozite azalır. Viskozimetreler, selülaz, proteaz, amilaz ve pektinaz gibi enzimlerin aktivitesini belirlemek için kullanılır.
Viskozite Nedir?
Viskozite, bir malzemeye kuvvet uyguladığınızda harekete ne kadar dirençli olduğunun ölçüsüdür.Örneğin, bir diş macunu sıkarsanız, içindekiler ucundan ne kadar kolay dışarı çıkar?
Viskoziteyi ölçmek için bir formül vardır:
Viskozite = tam gerilim/kesme hızı.
Bu formülün sonucunu çıyan (cP) cinsinden ifade edersiniz. Centipoise, 1 mPa s (milipaskal saniye) eşdeğeridir.
Bu mutlak viskozite için geçerlidir. Kinematik viskozite için, daha sonra açıklayacağımız gibi ölçüm farklıdır.
Şeffaf gerilim, bir sıvı katmanını diğerine göre hareket ettirmek için ihtiyaç duyduğunuz birim alan başına kuvvettir.
Kayma hızı, ara katmanların birbirine göre hareketindeki hız değişiminin ölçüsüdür.
Birçok sıvı için, akışa neden olan gerilim, kayma şekil değiştirme hızı ile doğru orantılıdır. Kayma hızına bölünen tam gerilim, belirli bir sıcaklıkta belirli bir akışkan için sabittir.
Bu sabit, dinamik veya mutlak viskozitedir. Ancak buna basitçe bir malzemenin viskozitesi de diyebilirsiniz.
Viskoziteyi görmenin basit bir yolu, bir akışkanın kalınlığıdır, ancak farklı yoğunluktaki akışkanlara baktığınızda, viskoziteyi tanımlamanın en net yolu, akışa karşı dirençtir.
Viskoziteyi Ölçmek Neden Önemlidir?
Malzemelerin işlem koşulları, hem üretimlerinde hem de son kullanımlarında önemlidir.Bir malzemenin viskozitesi, moleküler ağırlık ve yoğunluk gibi özelliklerinin de yararlı bir dolaylı ölçüsüdür. Bu malzeme özellikleri akış davranışını etkileyebilir.
Viskoziteyi ölçmek, kalite kontrol ve parti tutarlılığının değerli bir parçasıdır.Viskoziteyi ölçmek de önemlidir çünkü tüm sıvılar aynı şekilde davranmaz.
Genel olarak, iki tür vardır:
- Newtoncu ve
- Newton olmayan.
Newtonian, onu ölçmek için yerleşik formül olan Newton’un Viskozite Yasasını ifade eder.Newtonian akışkanlarda, kayma hızındaki değişikliklerden bağımsız olarak viskozite sabit kalır.Tipik Newton sıvılarının örnekleri arasında su ve motor yağı bulunur.Ancak Newton tipi olmayan akışkanlarda viskozite dalgalanır.
Bu sıvılar şu türleri içerir:
- Plastik
- psödoplastik
- reopektik
- tiksotropik
- dilatan
Newton olmayan bir sıvının günlük bir örneği, şişeyi salladığınızda daha akıcı hale gelen domates ketçapıdır. Ketçap kayma inceltici özelliklere sahiptir, çünkü kayma stresini artırdıkça viskozitesi azalır.
Kinematik ve Mutlak Viskozite
Viskoziteyi ifade etmenin iki yolu vardır:
- Kinematik
- mutlak
Kinematik viskoziteyi, bir sıvının yerçekimi kuvveti altında akmaya karşı direncini gözlemleyerek ölçersiniz.Mutlak viskoziteyi, harici ve kontrollü bir kuvvet altında akışa karşı bu direnci ölçerek ölçersiniz.
Bu iki viskozite ifadesinin ölçümü de farklıdır
- Kinematik viskozite santistok cinsinden ölçülür (CSt)
- Mutlak viskozite, santipoise (cP) cinsinden ölçülür.
Viskozimetre Çeşitleri Nelerdir?
Viskoziteyi ölçmek için iki temel yöntem vardır: Ya bir nesne sabit bir malzemeden geçer ya da malzeme sabit bir nesnenin içinden geçer veya yanından geçer.Her iki yöntemde de, işlemin gerçekleşmesi için geçen süreyi kaydedersiniz, bu da akışa karşı direnci ölçer.
Bu iki yöntemden birini kullanarak çeşitli viskozimetre türleri vardır:
- Kılcal veya cam, viskozimetre
- rotasyonel viskozimetre
- Düşen top ve düşen pistonlu viskozimetre.
Viskozimetreler Newton viskozitesini ölçer.Newton olmayan viskoziteyi ölçmek için ve bunu birden fazla parametre kullanarak yapan reometreler de vardır.
Kılcal Viskozimetre
Laboratuvar ortamında genellikle bir kılcal viskozimetre bulacaksınız. Bu, u-şekilli bir cam tüptür (bu, ona başka bir isim verir, u-tüp viskozimetresi).Viskozite ölçüm işlemi, cam tüpü genellikle 40 veya 100°C’de sıcaklık kontrollü bir banyoya daldırmayı içerir.Bunun için saniye cinsinden ölçülen kesin bir zaman okuması vardır; bu, u-tüpü içinde, iki işaretli nokta arasında sabit miktarda sıvının akmasının ne kadar sürdüğünü gösterir.Bu akışı emme veya yerçekimi ile elde edersiniz.
Bu ölçüme sahip olduğunuzda, bunu kullandığınız tüp tipine özgü bir sabitle çarparak aşağıdakilerden birini hesaplarsınız:
- Kinematik viskozite (emme yöntemi kullanılıyorsa) veya
- Mutlak viskozite (yerçekimi kuvveti kullanılıyorsa.
Rotasyonel Viskozimetre
Bu tip viskozimetre, test ettiğiniz sıvının içine daldırdığınız, mil olarak bilinen dönen bir aparat kullanır.Milin dönen şaftındaki tork daha sonra sıvının akmaya karşı direncini ölçecektir.Döner viskozimetre, sıvının mutlak viskozitesini ölçer.Bu tür viskozimetrenin yaygın bir versiyonu Brookfield viskozimetresidir ve daha gelişmiş bir versiyonu Stabinger viskozimetresidir.Bu, sıvı içinde dönüş oluşturmak için elektromanyetik olarak kontrol edilen bir mil kullanır ve motorlu bir milin yatak sürtünmesindeki faktoringi ortadan kaldırır.
Düşen Top ve Düşen Pistonlu Viskozimetreler
Bunlar viskoziteyi ölçmek için yaygın yöntemler değildir. Düşen top ve düşen piston viskozimetre testlerinde sıvının içine bir top veya piston düşer ve işaretlenen noktalar arasındaki süreyi ölçersiniz.
Ancak bunu yapmak için kullandığınız bilye veya pistonun terminal hızını, boyutunu ve yoğunluğunu bilmeniz gerekir.
Reometreler
Reoloji, genellikle sıvı haldeki maddenin akışının incelenmesidir, ancak belirli katılara da uygulanabilir. Uygulanan bir kuvvete tepki olarak malzemelerin akışa göre nasıl tepki verdiğini inceler.Teknik olarak, viskozite daha geniş bir teknik reoloji kategorisine girer.
Reometreler, Newton tipi olmayan sıvıların viskozitesini ölçmek için idealdir. Viskozimetrelere benzer prensiplerde çalışırlar, ancak daha geniş uygulamaları vardır.
Bunun nedeni Newton tipi olmayan akışkanların Newton tipi akışkanlardan daha karmaşık, reolojik özelliklere sahip olması ve onlara kuvvet uyguladığınızda viskozitelerinin değişmesidir.
Dört tip reometre vardır:
- Kılcal damar
- Dinamik rotasyon
- tork
- salınımlı
Kapiler ve rotasyonel reometreler, karşılık gelen viskozimetrelere benzer.
Tork reometreleri, bir numune malzemesini karıştırmanın nispeten zor olduğunu gösteren, karıştırma vidaları veya motorlarındaki torku ölçer.
Salınımlı reometreler, numune malzemelerde sinüs dalgası tipi kayma deformasyonlarını indükler, bunları iki plaka arasına yerleştirir ve tork etkisini ölçer.
Reometreler ve viskozimetreler arasındaki temel fark, reometrelerin test ettikleri maddeler üzerinde bir çeşit kesme kuvveti uygulama eğiliminde olmalarıdır.
Numuneleri Ölçüm İçin Nasıl Hazırlarsınız?
Hem reometrik hem de viskozimetrik ölçümde numune hazırlama, ölçüm sonuçlarını etkileyebilir.Bu, özellikle numuneleri düşük kesme hızlarında ölçerken geçerlidir.
- Numunede tortu veya başka bir ayrılma olmadıkça, numuneyi tanımlanamayan bir kesme yükü altına sokabileceğinden, ölçümden önce numuneyi sallamamak veya karıştırmamak önemlidir. Bu durumda, tutarlı yöntemler ve araçlar kullanarak karıştırmak veya çalkalamak gerekli olacaktır.
- Kaşık veya spatula gibi uygulama yönteminiz de tutarlı olmalıdır.
- Pipet veya şırınga uygulamaları sadece yağlar, reçineler veya solventler için uygundur. Diğer maddeler için bu uygulama yöntemleri kesme yükünü artıracak, bu da ölçüm değerlerini ve çarpıklık sonuçlarını azaltacaktır.
- Newtonian olmayan davranışları simüle edebileceği ve yanlış ölçümler verebileceği için kabarcık olmadığından emin olmaya çalışın.
- Kullandığınız numunenin hacmi, kullandığınız ölçüm yöntemiyle eşleşmelidir. Bir numunenin çok fazla veya çok az olması ölçümde hatalara yol açabilir.
- Bekleme süreleri için yönergeleri izleyin. Hazırlık, numunelerde strese neden olabilir ve bu daha sonra bir iyileşme süresi gerektirir.
- Ölçüm sistemini yerleştirdikten sonra, doğru ölçümler yapabilmeniz için numune yapısının yeniden oluşturulması gerekebilir.
Numunenin kurumasını da engellediğinizden emin olmalısınız, çünkü bu, ölçülen değerlerinizin çok yüksek olmasına neden olacaktır.
Viskozite Ölçümlerini Hangi Faktörler Etkileyebilir?
Bir sıvının viskozitesini ölçme işlemi basit gibi görünse de, bu ölçümlerin doğru olup olmayacağı dikkate alınması gereken faktörler vardır.
Sıcaklık kritik bir faktördür. Sıcaklık kontrollü banyonun işlevi, süreç boyunca kesin bir sıcaklığı korumaktır. Banyo sıcaklığını gerekli sıcaklığın 0,02°C’si (genellikle 40 veya 100°C) dahilinde kontrol edebilmelisiniz.
Bunu daha kolay yapmanızı sağlayan sıcaklık kontrollü banyo sistemleri mevcuttur .
Kılcal viskozimetrelerde, doğru ölçüm için u şeklindeki camın çapı hassas olmalıdır. Bu nedenle, bu camlar normalde düşük genleşmeli borosilikat cam kullanılarak üretilir. Bu, kılcal viskozimetreyi yıllık olarak yeniden kalibre etmenin yanı sıra hatayı en aza indirmeye yardımcı olur.
Ölçümler arasında kalıntı bırakmayan bir solvent kullanarak iyice durulamak ve kurutmak da önemlidir.
Farklı viskozite türlerini ölçmek için viskozimetrelerin boyutu değişecektir. Aletin boyutu ne olursa olsun, viskozimetrenin ölçüm yapması için minimum sürenin 200 saniye olmasını tavsiye etti. Bu, sıvının işaretli noktalar arasında geçmesine izin verir.
Viskozimetre ve Reometrelerden Hangi Sektörlerde Kullanılıyor?
Çok çeşitli endüstriler ve sektörler viskozimetreler ve reometreler kullanır.
- Farmasötik, biyoteknoloji ve klinik araştırma
- Petrokimya ve petrol
- Yiyecek ve içecek
- Kimyasal
- Güzellik ve kozmetik
- Laboratuvarlar
- Çevresel testler
- Üretim araştırma ve geliştirme.
İşte çeşitli endüstrilerde viskozite ölçümlerinin uygulanmasına ilişkin birkaç örnek.
Yapıştırıcılar: apıştırıcıların üretiminde viskoziteyi ölçmek önemlidir. Yapıştırıcının tipine ve nihai uygulamasına bağlı olarak, belirli, optimum bir hızda akması gerekecektir.
Düşük viskoziteli yapıştırıcılar, yüksek viskoziteli olanlardan daha serbest bir şekilde akar. Bazıları için amaç, yapıştırıcının bir noktada daha sıkı kalması, diğerleri için daha geniş bir alana yayılması olacaktır.
Gıda: Gıda endüstrisinde viskozite ölçümleri, üretim verimliliğini en üst düzeye çıkarmaya ve maliyet etkinliğini sağlamaya yardımcı olabilir.
Ürünlerin üretimin bir parçası olarak borularla döşendiği durumlarda, viskozite bu iletimin hızını ve çeşitli gıda maddelerinin sertleşmesinin veya kurumasının ne kadar sürdüğünü veya ambalajlara dağıtılmasının ne kadar süreceğini etkiler.
Viskozite, gıda üretim süreci üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir ve gıdanın dokusunda önemli bir unsurdur.Herhangi bir parti tutarsızlığı, tüketici standartlarını karşılamayan ürünlerle sonuçlanabilir.
Sıvı Yağ: Yağda viskozite çok önemlidir. Yağın sızdırmazlık etkisini ve tüketim oranını belirleyecektir.
Yağ viskozitesi, yatakların, dişli takımlarının ve silindirlerin termal sürtünmeyle ilgili sıcaklığını etkiler. Makinelerin verimliliğini ve çeşitli sıcaklıklarda ne kadar hızlı veya yavaş başlayıp ne kadar yavaş çalıştığını etkileyecektir.
Yağın viskozite indeksi (VI) derecesini veren kinematik viskozitesini ölçersiniz. Daha yüksek VI’ya sahip yağ daha verimlidir, bu da daha az tüketim ve yağlamada daha az aşınma ve yıpranma ile sonuçlanır.
Yağda ölçülecek bir diğer faktör, hidrodinamik yağlama sırasında kaymaya karşı direnç gösterme yeteneğidir.Bir yağın viskozitesinin, yağlanan parçaların sıcaklık koşullarına, hızına ve yüküne uyması önemlidir.
İnşaat: Beton endüstrisinde, betonun plastik viskozitesi ve akma gerilimi, betonun işlenebilirliği ve yerleşimi için hayati öneme sahiptir.Betonun reolojik özellikleri, mekanik niteliklerini, dayanıklılığını ve genel kalitesini belirler.Beton yapıların sürdürülebilirliğini sağlamak ve betonu uygularken kullanılabilirliğini sağlamak için doğru viskozitede olmalıdır.
Kozmatik: Güzellik ve kozmetik endüstrisinde viskoziteyi ölçmek kalite kontrolünde kritik bir unsurdur.Örneğin, bir dudak balsamının cilde düzgün bir şekilde yapışmasını ve onu korumasını sağlamak için yüksek viskoziteye sahip olması gerekir.Öte yandan, bir vücut sisinin dağıtıcısından serbestçe ve eşit şekilde akması için düşük bir viskoziteye ihtiyacı vardır.
Kozmetik şirketlerinin ürünleri lüks olarak tanımladığı durumlarda, bu izlenimi güçlendirmek için daha yüksek viskoziteye ihtiyaç duymaları daha olasıdır.
Bir kılcal viskozimetre kullanarak birçok yağ ve su bazlı kozmetik bileşiğin viskozitesini test edebilirsiniz çünkü bunlar Newton tipi sıvılardır. Ancak diğer bileşikler Newton olmayan özelliklere sahip olacak ve bu nedenle reometrik test gerektirecektir.Bu nedenle, ihtiyaçlarınız için doğru türde viskozimetre veya reometreyi seçmek önemlidir.