Koeficienti i viskozitetit është një parametër kyç i një lëngu ose gazi që funksionon. Në terma fizikë, viskoziteti mund të përkufizohet si fërkimi i brendshëm i shkaktuar nga lëvizja e grimcave që përbëjnë masën e një mediumi të lëngshëm (të gaztë), ose, më thjesht, rezistenca ndaj lëvizjes.
Çfarë është viskoziteti
Eksperimenti më i thjeshtë empirik për përcaktimin e viskozitetit: e njëjta sasi uji dhe vaji derdhen në një sipërfaqe të lëmuar të pjerrët në të njëjtën kohë. Uji kullon më shpejt se vaji. Ajo është më e lëngshme. Një vaj në lëvizje pengohet të kullojë shpejt nga fërkimi më i lartë midis molekulave të tij (rezistenca e brendshme - viskoziteti). Kështu, viskoziteti i një lëngu është në përpjesëtim të zhdrejtë me rrjedhshmërinë e tij.
Raporti i viskozitetit: formula
Në një formë të thjeshtuar, procesi i lëvizjes së një lëngu viskoz në një tubacion mund të konsiderohet në formën e shtresave paralele të sheshta A dhe B me të njëjtën sipërfaqe S, distanca ndërmjet të cilave është h.
Këto dy shtresa (A dhe B) lëvizin me shpejtësi të ndryshme (V dhe V+ΔV). Shtresa A, e cila ka shpejtësinë më të madhe (V+ΔV), përfshin shtresën B, e cila lëviz me një shpejtësi më të ulët (V). Në të njëjtën kohë, shtresa B tenton të ngadalësojë shpejtësinë e shtresës A. Kuptimi fizik i koeficientit të viskozitetit është se fërkimi i molekulave, të cilat janë rezistenca e shtresave të rrjedhës, formon një forcë që Isak Njutoni e përshkroi nga formula e mëposhtme:
F=µ × S × (ΔV/h)
Këtu:
- ΔV është ndryshimi në shpejtësitë e shtresave të rrjedhës së lëngut;
- h – distanca ndërmjet shtresave të rrjedhjes së lëngut;
- S - sipërfaqja e shtresës së rrjedhës së lëngut;
- Μ (mu) - një koeficient në varësi të vetive të lëngut, i quajtur viskozitet dinamik absolut.
Në njësitë SI, formula duket kështu:
µ=(F × h) / (S × ΔV)=[Pa × s] (Pascal × sekondë)
Këtu F është forca e gravitetit (pesha) e vëllimit njësi të lëngut punues.
Vlera e viskozitetit
Në shumicën e rasteve, koeficienti i viskozitetit dinamik matet në centipoise (cP) në përputhje me sistemin e njësive CGS (centimetër, gram, sekondë). Në praktikë, viskoziteti lidhet me raportin e masës së një lëngu me vëllimin e tij, domethënë me densitetin e lëngut:
ρ=m / V
Këtu:
- ρ - dendësia e lëngshme;
- m – masa e lëngut;
- V është vëllimi i lëngut.
Marrëdhënia midis viskozitetit dinamik (Μ) dhe densitetit (ρ) quhet viskozitet kinematik ν (ν - në greqisht -nudo):
ν=Μ / ρ=[m2/s]
Meqë ra fjala, metodat për përcaktimin e koeficientit të viskozitetit janë të ndryshme. Për shembull, viskoziteti kinematik ende matet në përputhje me sistemin CGS në centistokes (cSt) dhe në njësi fraksionale - stokes (St):
- 1St=10-4 m2/s=1 cm2/s;
- 1sSt=10-6 m2/s=1 mm2/s.
Përcaktimi i viskozitetit të ujit
Viskoziteti i ujit përcaktohet duke matur kohën që duhet që lëngu të rrjedhë nëpër një tub kapilar të kalibruar. Kjo pajisje është e kalibruar me një lëng standard me viskozitet të njohur. Për të përcaktuar viskozitetin kinematik, të matur në mm2/s, koha e rrjedhjes së lëngut, e matur në sekonda, shumëzohet me një konstante.
Njësia e krahasimit është viskoziteti i ujit të distiluar, vlera e të cilit është pothuajse konstante edhe kur ndryshon temperatura. Koeficienti i viskozitetit është raporti i kohës në sekonda që i duhet një vëllim fiks uji i distiluar për të rrjedhur nga një vrimë e kalibruar me atë të lëngut që testohet.
Viskometra
Viskoziteti matet në gradë Engler (°E), Saybolt Universal Sekonda ("SUS") ose gradë Redwood (°RJ) në varësi të llojit të viskometrit të përdorur. Të tre llojet e viskometrave ndryshojnë vetëm në sasinë e lëngu që rrjedh jashtë.
Viskometër që mat viskozitetin në shkallën e njësisë evropiane Engler (°E), e llogaritur200cm3 medium i lëngshëm dalës. Një viskometër që mat viskozitetin në Saybolt Universal Sekonda ("SUS" ose "SSU" i përdorur në SHBA) përmban 60 cm3 të lëngut testues. Në Angli, ku përdoren gradë Redwood (°RJ), viskozometri mat viskozitetin prej 50 cm3 lëng. Për shembull, nëse 200 cm3 të një vaji të caktuar rrjedh dhjetë herë më ngadalë se i njëjti vëllim uji, atëherë viskoziteti Engler është 10°E.
Për shkak se temperatura është një faktor kyç në ndryshimin e koeficientit të viskozitetit, matjet zakonisht bëhen fillimisht në një temperaturë konstante prej 20°C, dhe më pas në vlera më të larta. Kështu, rezultati shprehet duke shtuar temperaturën e duhur, për shembull: 10°E/50°C ose 2,8°E/90°C. Viskoziteti i një lëngu në 20°C është më i lartë se viskoziteti i tij në temperatura më të larta. Vajrat hidraulikë kanë viskozitetet e mëposhtme në temperaturat e tyre përkatëse:
190 cSt në 20°C=45,4 cSt në 50°C=11,3 cSt në 100°C.
Përkthe vlera
Përcaktimi i koeficientit të viskozitetit ndodh në sisteme të ndryshme (amerikane, angleze, GHS), dhe për këtë arsye shpesh është e nevojshme të transferohen të dhënat nga një sistem dimensional në tjetrin. Për të kthyer vlerat e viskozitetit të lëngut të shprehura në gradë Engler në centistokes (mm2/s), përdorni formulën empirike të mëposhtme:
ν(cSt)=7,6 × °E × (1-1/°E3)
Për shembull:
- 2°E=7,6 × 2 × (1-1/23)=15,2 × (0,875)=13,3 cSt;
- 9°E=7,6 × 9 × (1-1/93)=68,4 × (0,9986)=68,3 cSt.
Për të përcaktuar shpejt viskozitetin standard të vajit hidraulik, formula mund të thjeshtohet si më poshtë:
ν(cSt)=7,6 × °E(mm2/s)
Duke pasur një viskozitet kinematik ν në mm2/s ose cSt, mund ta konvertoni atë në një koeficient viskoziteti dinamik Μ duke përdorur marrëdhënien e mëposhtme:
M=ν × ρ
Shembull. Duke përmbledhur formulat e ndryshme të konvertimit për shkallët Engler (°E), centistokes (cSt) dhe centipoise (cP), supozojmë se një vaj hidraulik me një densitet prej ρ=910 kg/m3 ka një viskozitet kinematik prej 12° E, i cili në njësi cSt është:
ν=7,6 × 12 × (1-1/123)=91,2 × (0,99)=90,3 mm2/s.
Sepse 1cSt=10-6m2/s dhe 1cP=10-3N×s/m2, atëherë viskoziteti dinamik do të jetë:
M=ν × ρ=90,3 × 10-6 910=0,082 N×s/m2=82 cP.
Faktor i viskozitetit të gazit
Përcaktohet nga përbërja (kimike, mekanike) e gazit, efekti i temperaturës, presionit dhe përdoret në llogaritjet dinamike të gazit që lidhen me lëvizjen e gazit. Në praktikë, viskoziteti i gazeve merret parasysh gjatë projektimit të zhvillimeve të fushës së gazit, ku ndryshimet e koeficientit llogariten në varësi të ndryshimeve në përbërjen e gazit (veçanërisht të rëndësishme për fushat e kondensatës së gazit), temperaturës dhe presionit.
Llogaritni viskozitetin e ajrit. Proceset do të jenë të ngjashme medy rrjedhat e diskutuara më sipër. Supozoni se dy rryma gazi U1 dhe U2 lëvizin paralelisht, por me shpejtësi të ndryshme. Konvekcioni (depërtimi i ndërsjellë) i molekulave do të ndodhë ndërmjet shtresave. Si rezultat, momenti i rrymës së ajrit që lëviz më shpejt do të ulet dhe ajo që lëviz më ngadalë do të përshpejtohet.
Koeficienti i viskozitetit të ajrit, sipas ligjit të Njutonit, shprehet me formulën e mëposhtme:
F=-h × (dU/dZ) × S
Këtu:
- dU/dZ është gradienti i shpejtësisë;
- S – zona e ndikimit të forcës;
- Koeficienti h - viskozitet dinamik.
Indeksi i viskozitetit
Indeksi i viskozitetit (VI) është një parametër që lidh ndryshimet në viskozitet dhe temperaturë. Një korrelacion është një marrëdhënie statistikore, në këtë rast dy sasi, në të cilat një ndryshim në temperaturë shoqëron një ndryshim sistematik të viskozitetit. Sa më i lartë të jetë indeksi i viskozitetit, aq më i vogël është ndryshimi midis dy vlerave, domethënë, viskoziteti i lëngut të punës është më i qëndrueshëm me ndryshimet e temperaturës.
Viskoziteti i vajit
Bazat e vajrave moderne kanë një indeks viskoziteti nën 95-100 njësi. Prandaj, në sistemet hidraulike të makinerive dhe pajisjeve, mund të përdoren lëngje pune mjaft të qëndrueshme, të cilat kufizojnë ndryshimin e gjerë të viskozitetit në kushtet e temperaturave kritike.
Koeficienti i viskozitetit "të favorshëm" mund të ruhet duke futur në vaj aditivë (polimere) të posaçëm të marrë gjatë distilimit të vajit. Ato rrisin indeksin e viskozitetit të vajrave përllogaria e kufizimit të ndryshimit të kësaj karakteristike në intervalin e lejuar. Në praktikë, me futjen e sasisë së kërkuar të aditivëve, indeksi i viskozitetit të ulët të vajit bazë mund të rritet në 100-105 njësi. Megjithatë, përzierja e përftuar në këtë mënyrë i përkeqëson vetitë e saj në presion të lartë dhe ngarkesë të nxehtësisë, duke ulur kështu efektivitetin e aditivit.
Në qarqet e fuqisë së sistemeve të fuqishme hidraulike, duhet të përdoren lëngje pune me një indeks viskoziteti 100 njësi. Lëngjet e punës me aditivë që rrisin indeksin e viskozitetit përdoren në qarqet e kontrollit hidraulik dhe sisteme të tjera që funksionojnë në intervalin e presionit të ulët / të mesëm, në një gamë të kufizuar temperaturash, me rrjedhje të vogla dhe në funksionimin e grupeve. Me rritjen e presionit rritet edhe viskoziteti, por ky proces ndodh në presione mbi 30.0 MPa (300 bar). Në praktikë, ky faktor shpesh neglizhohet.
Matje dhe indeksim
Në përputhje me standardet ndërkombëtare ISO, koeficienti i viskozitetit të ujit (dhe mediave të tjera të lëngshme) shprehet në centistoke: cSt (mm2/s). Matjet e viskozitetit të vajrave të procesit duhet të kryhen në temperaturat 0°C, 40°C dhe 100°C. Në çdo rast, në kodin e klasës së vajit, viskoziteti duhet të tregohet me një figurë në një temperaturë prej 40 ° C. Në GOST, vlera e viskozitetit jepet në 50 ° C. Notat më të përdorura në hidraulikën inxhinierike variojnë nga ISO VG 22 në ISO VG 68.
Vajrat hidraulikë VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 në 40°C kanë vlera viskoziteti që korrespondojnë me shënimin e tyre: 22, 32, 46, 68 dhe 100 cSt. Optimaleviskoziteti kinematik i lëngut të punës në sistemet hidraulike varion nga 16 në 36 cSt.
Shoqata Amerikane e Inxhinierëve të Automjeteve (SAE) ka vendosur diapazonin e viskozitetit në temperatura specifike dhe u ka caktuar atyre kodet e duhura. Numri pas W është viskoziteti dinamik absolut Μ në 0°F (-17,7°C) dhe viskoziteti kinematik ν u përcaktua në 212°F (100°C). Ky indeksim vlen për vajrat gjatë gjithë sezonit të përdorur në industrinë e automobilave (transmision, motor, etj.).
Efekti i viskozitetit në hidraulikë
Përcaktimi i koeficientit të viskozitetit të një lëngu nuk është vetëm me interes shkencor dhe arsimor, por gjithashtu ka një vlerë të rëndësishme praktike. Në sistemet hidraulike, lëngjet e punës jo vetëm që transferojnë energji nga pompa në motorët hidraulikë, por gjithashtu lubrifikojnë të gjitha pjesët e komponentëve dhe largojnë nxehtësinë e krijuar nga çiftet e fërkimit. Viskoziteti i lëngut të punës që nuk është i përshtatshëm për mënyrën e funksionimit mund të dëmtojë seriozisht efikasitetin e të gjithë hidraulikës.
Viskoziteti i lartë i lëngut punues (vaji me densitet shumë të lartë) çon në fenomenet e mëposhtme negative:
- Rritja e rezistencës ndaj rrjedhjes së lëngut hidraulik shkakton një rënie të tepruar të presionit në sistemin hidraulik.
- Ndalim i shpejtësisë së kontrollit dhe lëvizjeve mekanike të aktivizuesve.
- Zhvillimi i kavitacionit në pompë.
- Çlirim zero ose shumë i ulët ajri nga vaji i rezervuarit hidraulik.
- E dallueshmehumbja e fuqisë (ulja e efikasitetit) të hidraulikës për shkak të kostove të larta të energjisë për të kapërcyer fërkimin e brendshëm të lëngut.
- Rritja e çift rrotullimit kryesor të makinës për shkak të rritjes së ngarkesës së pompës.
- Rritja e temperaturës së lëngut hidraulik për shkak të rritjes së fërkimit.
Kështu, kuptimi fizik i koeficientit të viskozitetit qëndron në ndikimin e tij (pozitiv ose negativ) në komponentët dhe mekanizmat e automjeteve, makinerive dhe pajisjeve.
Humbje e fuqisë hidraulike
Viskoziteti i ulët i lëngut punues (vaji me densitet të ulët) çon në fenomenet e mëposhtme negative:
- Ulja e efikasitetit volumetrik të pompave si rezultat i rritjes së rrjedhjeve të brendshme.
- Rritja e rrjedhjeve të brendshme në komponentët hidraulikë të të gjithë sistemit hidraulik - pompat, valvulat, shpërndarësit hidraulikë, motorët hidraulikë.
- Rritja e konsumit të njësive të pompimit dhe bllokimi i pompave për shkak të viskozitetit të pamjaftueshëm të lëngut të punës, i nevojshëm për të siguruar lubrifikimin e pjesëve që fërkojnë.
kompresibiliteti
Çdo lëng kompresohet nën presion. Në lidhje me vajrat dhe ftohësit e përdorur në hidraulikën e inxhinierisë mekanike, është vërtetuar në mënyrë empirike se procesi i kompresimit është në përpjesëtim të zhdrejtë me masën e lëngut për vëllim. Raporti i kompresimit është më i lartë për vajrat minerale, dukshëm më i ulët për ujin dhe shumë më i ulët për lëngjet sintetike.
Në sistemet e thjeshta hidraulike me presion të ulët, kompresueshmëria e lëngut ka një efekt të papërfillshëm në uljen e vëllimit fillestar. Por në makina të fuqishme me hidraulikë të lartëpresioni dhe cilindra të mëdhenj hidraulikë, ky proces manifestohet dukshëm. Për vajrat minerale hidraulikë në një presion prej 10.0 MPa (100 bar), vëllimi zvogëlohet me 0.7%. Në të njëjtën kohë, ndryshimi në vëllimin e ngjeshjes ndikohet pak nga viskoziteti kinematik dhe lloji i vajit.
Përfundim
Përcaktimi i koeficientit të viskozitetit ju lejon të parashikoni funksionimin e pajisjeve dhe mekanizmave në kushte të ndryshme, duke marrë parasysh ndryshimet në përbërjen e një lëngu ose gazi, presionin, temperaturën. Gjithashtu, kontrolli i këtyre treguesve është i rëndësishëm në sektorin e naftës dhe gazit, shërbimet komunale dhe industri të tjera.
