ويسكوزيته ( لزجت )

ويسكوزيته ( لزجت ) خاصيتي است كه سيال به وسيله آن در مقابل تنش برشي مقاومت مي كند. با افزايش دما لزجت گازها افزايش مي يابد اما لزجت مايعات كاهش مي يابد اين تفاوت را مي توان با بررسي عوامل لزجت توضيح داد.
هر فازي در مقابل حرکت توده هاي خود داراي مقاومت مي باشد . اين مقاومت براي فاز گاز ناچيز و براي فاز جامد خيلي زياد مي باشد . مايعات نيز در برابر حرکت لايه هاي خود از خود مقاومت نشان مي دهند .
لزجت سيالات يعني مقاومت آنها به تنش برشي ناشي از دو عامل است:
1- نيروي جاذبه مولكولي
2- تبادل مومنتوم مولكولي

براي مايعات بيشتر تحقيقات بر عبور مايع در لوله ها معطوف شده است و بيشتر روابط موجود نيز براي مايعات با سرعتهاي مختلف در لاله ها با قطر و زبريهاي متفاوت بدست آمده اند. حرکت يک مايع در درون لوله مي تواند شامل سه بخش عمده باشد : 
1- حرکت آرام ( Laminar Flow ) در اين نوع حرکت لايه هاي مايع به آرامي برروي هم مي لغزند و حرکت مايع ادامه مي يابد طول اين ناحيه بنا به سرعت اوليه مايع يا زبري سطح لوله مي تواند کوتاه يا بلند باشد.
2- ناحيه گذار ( Transition Zone ) در اين ناحيه حرکت آرام مايع کم کم به حرکت اغتشاشي تبديل مي گردد و معمولاٌ طول اين ناحيه بسيار کوتاه است.
3- حرکت  آشفته ( مغشوش ) ( Torbulent Flow ) در اين ناحيه مايع حرکت آرام خود را از دست داده و ذرات مايع داراي حرکات متفاوتي در جهت هاي مختلفي مي شوند اين ناحيه ممکن است داراي زير لايه اي باشد که در آن هنوز حرکت مايع آرام باشد.

در مايعات فاصله مولكولها بسيار نزديكتر از گازها است لذا نيروي جاذبه مولكولي در گازها كمتر از مايعات است از اين رو عامل اصلي لزجت مايعات نيروي جاذبه مولكولي است اما در گازها جاذبه مولكولي بسيار كم است مقاومت گازها به تنش برشي عمدتا ناشي از تبادل مومنتوم مولكولي است.
مايعات با سرعت اوليه وارد لوله مي گردند و لايه هاي زيرين که در مجاورت ديواره هاي لوله هستند سرعتشان صفر مي گردد لايه هاي مجاور اين لايه ها متاثراز لايه هاي ساکن از سرعت اوليه شان کاسته مي شود و لايه هاي بالاتر از اين لايه ها تحت تاثير اين لايه ها سرعتشان کاسته مي شود ولي اين تاثير کمتر از لايه قبلي است همينطور اين تاثير لايه قبلي کاسته مي شود تا جايي که سرعت سيال بربر با سرعت اوليه مي شود و آنجا پايان لايه مرزي است.
ممکن است قطر لوله آنقدر کم باشد که لايه هاي مرزي تداخل پيدا کنند و يا ممکن است ديواره هاي لوله آنقدر از هم فاصله داشته باشند که حتي لايه هاي مرزي به همديگر هم نرسند .
اين تاثير لايه ها را و نيروي بازدارندگي آنها را اصطلاحا نيروي برشي يا  Shear Stress  ناميده مي شود و با نماد  τ  نشان داده مي شود.

اين نيروي برشي افقي متناسب است با تغييرات سرعت به تغييرات ارتفاع .

و ويسکوزيته را براي سيالات دراي حرکت  kinematic viscosity  نشان مي دهند و داراي رابطه زير است.

ويسکوزيته معيار بسيار مناسبي براي روانروي يا گرانروي سيالات در لوله ها مي باشد ، براي سيالات غليظ  که داراي گرانروي بالايي هستند اين مقدار مقدار بزرگي است مانند روغنهاي اتومبيل و براي آنهايي که براحتي حرکت مي کنند و روانروي خوبي دارند اين مقدار کوچکي مي باشد مانند آب.
با محاسبات ابعادي براي ويسکوزيته در حالت ديناميک ( Dynamic viscosity  ) مي توان واحد آن را بدست آورد که واحد آن Pa . s يا بطور مشابه N.s/m²  و يا Kg / m.s است که آنرا با CP  نيز نمايش مي دهند .  
                                                                                    ۱۰۰centipoise =  ۱g/cm.s = ۰.۱Pa.s 

معمولا ويسکوزيته را در دماي معيني اندازه مي گيرند و به عنوان مرجع از آن استفاده مي کنند براي آب خالص اين مقدار در دماي 20 درجه اندازه گيري شده است و برابر است با  1.0cP و اين آب مرجع و مبناي محاسبات ساير ویسکوزيته ها براي ساير مواد مي باشد .
براي  Kinematic viscosity واحد ν  در سيستم SI برابر با m²/s است و در سيستم cgs هم برابر با stokes يا در برخي موارد هم با (centistokes (cS نشان مي دهند.

     ۱stokes = 100 centistokes =  0.0001m²/s  = 1s²/m

http://4800.blogfa.com/post-84.aspx

ويسكوزيته  

هنگامي كه سيالي در يك لوله غير مويين يا قيفي شكل به جريان در مي‌آيد سيال مقاومتي در برابر جاري شدن از خود نشان مي‌دهد مقدار مقاومت در برابر جاري شدن سيال فقط به مقدار ويسكوزيته سيال بستگي دارد. گاز يا مايعي كه در يك لوله يا يك ظرف قيفي شكل جاري است ، يك لايه خيلي نازك ساكن در تماس با ديواره ظرف تشكيل مي‌دهد بدين ترتيب جريان سيال مي‌تواند به نيروي لازم براي حركت دادن يك قشر نسبت به قشر ديگر مربوط شود. اين نيرو با سطح A اين قشرها و اختلاف سرعت V بين قشرها نسبت مستقيم و با فاصله L بين دو قشر نسبت عكس دارد.

 «اتا» ضريب ويسكوزيته يا به عبارت ساده همان ويسكوزيته معرفي مي‌شود.

 

پارامترهای موثر در تعیین ویسکوزیته (Viscosity)

 

مقدمه :

تعیین مقدار ویسکوزیته در انواع مواد اولیه و محصولات مانند شامپو ، مایع دستشویی ، ژل ها و محلولها از اهمیت ویژه ای برخوردار است و یکی از فاکتورهای نسبتا مهم در آنالیز نمونه است .

مقدار ویسکوزیته نسبت مستقیم با ماهیت نیوتونی مواد دارد . اگر نمونه ماهیت نیوتونی داشت (یعنی بر همکنش یا برآیند نیروها در مرکز ثقل نمونه صفر بود) مقدار ویسکوزیته با تغییر سرعت و تغییر اسپیندل ثابت خواهد ماند . اما اگر نمونه ماهیت نیوتونی نداشت مقدار ویسکوزیته به عوامل زیادی بستگی پیدا خواهد کرد . از جمله با تغییر اسپیندل ، تغییر سرعت و حتی با تغییر Source مواد سازنده نیز تغییر خواهد کرد .

در نتیجه تعیین مقدار ویسکوزیته مواد اولیه و محصولات یک کار کاملا تجربی است که تعریف محدوده برای هر Sample یک پروسه طولانی دارد که شامل عوض کردن اسپندل های مختلف در سرعت های مختلف و در عین حال ثابت بودن دما در رنج 20-25°c می باشد .

 

خصوصيات دستگاه

در شرکت ایران ناژو از دستگاه ويسكومتر شركت Broodfield آمريكا مدل LV با مشخصات DV-II+V استفاده شده است و قادر به خواندن 18 رنج سرعت مي باشد .  

 

دما :572ºF)                                                            تا148ºF- ( 300ºC تا100ºC –

تُرك :                                                                                                     0-100%

صحت ويسكوزيته :                                                                                      1.0% ±

صحت دما :                                                                   149ºC+ تا 100ºC - :1ºC  ±

300ºC+ تا 150ºC + :2ºC  ± 

رنج ويسكوزيته :                                               (مدل+ LVDV-II)6000000CP  - 15                       

دماي محيط اپراتوري :                                               0ºC-40ºC (32ºF-104ºF)       

رطوبت محيط اپراتوري :       20%-80%  R.H. : non - Condensing at mosphere  

 

دستگاه ویسکومتر بايد سالي يكبار توسط شركت سازنده كاليبره شود .

 

تعاریف :

ويسكوزيته : (Viscosity) ‍: نسبت مقاومت سيال به فلوي ايجاد شده را ويسكوزيته مي نامند .

گشتاور : (Torque) : نيرويي كه لازم است بر اسپيندل وارد شود تا با توجه به ويسكوزيته در نمونه بچرخد.

واحد ويسكوزيته : (cp) Centipoise يا ميلي پاسكال ثانيه (mpas) يا Shear Stress است.

 

شرح دستگاه :

ويسكومتر شامل قسمتهاي زير است :

اسپيندل : (Spindel) : محورهای چرخشي بنام Spindel وجود دارد که هرچه نمونه ، ويسكوزيته بالاتري داشته باشد شماره اسپيندل بالاتر مي رود .

چرخش Spindel در نمونه به سرعت و سايز  آن ، ظرف حاوي نمونه و به ميزان گشتاور (Torque) بستگي دارد .

گارد : براي محافظت از Spindel در بدنه دستگاه تعبيه شده است .

سنسور دما : ويسكوزيته به دما بستگي زيادي دارد . دماي بالا ويسكوزيته را پائين نشان مي دهد .پس بايد به رنج دما در نمونه هاي آناليز توجه كنيد .

ظرف حاوي نمونه : ‌از يك بشر 250ml استفاده كنيد كه گاردوسنسور دما و اسپيندل (دقيقا تا خط نشانه روي اسپيندل) در آن قرار گيرند .

مهم : باید توجه داشت که تعیین مقدار ویسکوزیته در نمونه های مشابه و یا در حالت مقایسه باید در شرایط کاملا یکسان باشد .

روش بدست آوردن رنج ویسکوزیته

1-از پائین ترین شماره اسپندل شروع کنید . برای تعیین مقدار ویسکوزیته پائین ترین شماره ارجحیت دارد .

2-در هر مرحله برای تعیین ویسکوزیته خصوصا در RPM های پائین ، حداقل یک ربع زمان بگذارید .

3-پس از تعیین شماره اسپندل ، اگر نسبت تغییر سرعت ، متناسب با تغییر ویسکوزیته بود ، نشان می دهد نمونه ماهیت نیوتونی دارد و از ترکیب یکنواختی برخوردار است و به عبارتی :

                                                     ∆ RRM ~ ∆ Viscosity

4-جدول ویسکوزیته را تشکیل دهید . سپس با همه اسپندل ها و همه سرعتها ویسکوزیته نمونه را گرفته و فقط مقادیری را که دارای ترک بالای 50% هستند در جدول یادداشت کنید .

5-با انتخاب پائین ترین اسپندل که بالاترین ترک و بالاترین سرعت را در جدول داراست رنج ویسکوزیته را برای نمونه  انتخاب کنید .

رسم جدول

براي تعيين مقدار درست ويسكوزيته جدولي به شكل زير رسم كنيد.

 

تاريخ آزمايش

نام نمونه

شماره اسپيندل

سرعت

ويسكوزيته (CP)

 

% ترك

دما

( Cº )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از اسپيندلي با شماره كم شروع كنيد و مقادير سرعت ، Torque و .... را درجدول بالا يادداشت كنيد از بين مقادير خوانده شده ويسكوزيته اي را انتخاب كنيد كه داراي بالاترين سرعت و ترك باشد .

ترك زير 10 قابل قبول نيست و بهتر است سرعت و ترك بالاي 50 باشند . اگر دستگاه قادر به خواندن مقادير ويسكوزيته نباشد حروف EEEE را نشان مي دهد .

 

عيب يابي دستگاه :

براي اطمينان از صحت نتايج از هر يك از روشهاي زير ميتوان استفاده كرد .

1- ماهي يكبار ويسكوزيته موادي را كه مقادير ويسكوزيته آنها در برگه آناليز داده شده است ، با توجه به رنج دماي داده شده ، اندازه گرفته و سپس مقايسه نمائيد . مقدار ويسكوزيته بايد در يك حدود باشد.

2-ويسكوزيته يك نمونه با غلظت معمولي را بمدت يك هفته هر روز اندازه بگيريد . در يك هفته بايد تغييرات ناچيز باشد .

3-نمونه را به مدت سه ساعت مورد اندازه گيري قرار دهيد . اسپيندلي را كه مناسب آن است انتخاب كرده و با كشيدن جدول ويسكومتر يك ربع به يك ربع نتايج را يادداشت كنيد . در طول سه ساعت نبايد مقدار ويسكوزيته تغيير كند . روز بعد همين آزمايش را تكرار كنيد . بايد نتايج مشابهي بدست آيد .

اگر با انجام دادن اين كارها به نتيجه نرسيديد با شركت سازنده تماس حاصل كنيد .

 

نگهداري از دستگاه

4-1-اسپيندل ها بسيار حساس هستند و نبايد ضربه بخورند . براي شستن آنها نبايد از مواد خورنده استفاده كرد . پس از شستن با آب و خشك كردن در جاي مخصوص خود قرار دهيد .

4-2-هيچ وقت گارد را باز نكنيد و با پي ست محتوي آب RO آن را شسته و خشك نمائيد . هميشه مواظب باشيد آب به بدنه دستگاه نخورد .

4-3-پس از پايان كار حتما پيچ سياه مخصوص محور گرداننده را ببنديد تا از ضربه هاي احتمالي به آن محافظت شود .

 

برای اطلاعات بیشتر در این زمینه با شرکت ایران ناژو تماس حاصل فرمائید .

 

 

 

فرحناز حدیدساز کارشناس ارشد آزمایشگاه شیمی

http://www.irannajo.com/scan/viscose.htm