Rodzaje pomiarów lepkości cieczy w termicznej inżynierii. Omówienie 6 technik, takich jak wiskozymetr kapilarny i obrotowy, wraz z ich zastosowaniem.
6 Rodzajów Pomiarów Lepkości Cieczy
Lepkość cieczy to właściwość opisująca opór płynu względem przepływu. Jest kluczowa w wielu dziedzinach, takich jak chemia, inżynieria, farmacja czy przemysł spożywczy. Oto sześć głównych metod pomiaru lepkości cieczy.
1. Wiskozymetr kapilarny
Pomiar lepkości opiera się na przepływie cieczy przez cienką rurkę (kapilarę). Czas, jaki zajmuje cieczy przepłynięcie przez kapilarę, jest proporcjonalny do jej lepkości. Prawo Hagen-Poiseuille’a,
\(\eta = \frac{\pi r^4 \Delta P}{8QL}\),
gdzie \(\eta\) to lepkość, \(r\) to promień kapilary, \(\Delta P\) to różnica ciśnień, \(Q\) to przepływ objętościowy, a \(L\) to długość kapilary, opisuje zależność między lepkością a przepływem.
2. Wiskozymetr rotacyjny
Ten typ wiskozymetru mierzy lepkość na podstawie oporu cieczy przeciwko obrotowi cylindra lub stożka. Przykładem jest wiskozymetr Brookfielda, który mierzy moment obrotowy konieczny do obrotu wrzeciona w cieczy. Lepkość jest proporcjonalna do siły potrzebnej do utrzymania stałej prędkości obrotowej.
3. Wiskozymetr bąbelkowy
Metoda ta polega na obserwacji czasu, jaki zajmuje bąbelkowi gazu wypłynięcie przez ciecz w rurce. Im wolniej porusza się bąbelek, tym większa jest lepkość cieczy. Pomiar ten jest prosty i stosunkowo tani, ale mniej precyzyjny od innych metod.
4. Wiskozymetr kuli (wiskozymetr Stokesa)
W tej technice pomiar polega na obserwacji ruchu kuli spadającej przez badaną ciecz. Na podstawie prawa Stokesa, lepkość można wyliczyć za pomocą wzoru:
\(\eta = \frac{2r^2 (\rho_s – \rho_f) g}{9v}\),
gdzie \(\eta\) to lepkość, \(r\) to promień kuli, \(\rho_s\) to gęstość kuli, \(\rho_f\) to gęstość cieczy, \(g\) to przyspieszenie grawitacyjne, a \(v\) to prędkość opadania kuli.
5. Wiskozymetr ultra-dźwiękowy
Ultradźwiękowe wiskozymetry wykorzystują fale dźwiękowe do oceny lepkości. Wysokiej częstotliwości fale przechodzące przez ciecz powodują zmiany w jej przepływie. Na podstawie tych zmian, można obliczyć lepkość. Metoda ta jest szybka i nadaje się do pomiarów w czasie rzeczywistym, bez potrzeby kontaktu z cieczą.
6. Reometr dynamiczny (Rheometr)
Reometry mierzą lepkość i inne właściwości reologiczne cieczy pod różnymi warunkami przepływu. Można używać różnych geometrii, takich jak płyta-płyta czy stożek-płytka, aby dokładnie scharakteryzować płyn. Reometry pozwalają na analizy bardziej złożonych zachowań płynów, takich jak lepkość nieniutonowska.
Każda z tych metod ma swoje zalety i wady, w zależności od dokładności, kosztów i specyfiki badanych cieczy. Wybór odpowiedniego wiskozymetru zależy od konkretnych wymagań aplikacji i warunków pomiarowych.