Ciężar właściwy
Definicja
Ciężar właściwy (SG) to stosunek gęstości substancji do gęstości substancji odniesienia.
W przypadku cieczy i ciał stałych substancją odniesienia jest prawie zawsze woda o temperaturze 4° C,
gdzie ma maksymalną gęstość 1g/cm3.
Biorąc to pod uwagę, ciężar właściwy (S.G) płynu jest stosunkiem gęstości cieczy do gęstości wody,
jak pokazano poniżej:
S.G – Gęstość mieroznego płynu
Pf – Gęstość płynu, który ma być mierzona (g/cm3)
Pw – Gęstość wody (g/cm3)
Zauważ, że można stosować dowolne jednostki gęstości, o ile oba są takie same dla płynu i wody, ponieważ stosunek tych dwóch wartości będzie zawsze taki sam.
Daje to płyny, które są bardziej gęste niż woda, wartość S.G > 1 i płyny, które są mniej gęste od wody o wartości S.G < 1.
Pomiar gęstości właściwej
Przede wszystkim są dwa sposoby, w których S.G można zmierzyć, jak wspomniano poniżej:
Areometr
Areometr jest urządzeniem, które może być użyte do bezpośredniego określenia S.G płynu wymagającego tylko małej próbki płynu.
Napełniając cylindryczny pojemnik badanym płynem i umieszczając areometr w pojemniku tak, że staje się on zawieszony w płynie, S.G płynu można odczytać, skąd powierzchnia płynu dotyka skali na areometrze.
Aby uzyskać dokładny odczyt, upewnij się, że areometr jest całkowicie zawieszony w płynie, tzn. nie dotyka boków ani dna pojemnika i został prawidłowo skalibrowany. Areometr można skalibrować za pomocą wody jako badanego płynu w standardowym stanie 4° C i sprawdzić, czy odczyt S.G wynosi 1.
Obliczanie za pomocą gęstości / ciężaru
Z definicji S.G, jeśli znamy gęstość płynu, możemy bezpośrednio obliczyć S.G płynu, dzieląc tę wartość przez gęstość wody w tych samych warunkach. Ponieważ gęstość jest równa masie na objętość, S.G można również obliczyć, dzieląc masę płynu przez masę wody dla tej samej objętości płynu i wody.
Kombinacja wielu płynów o różnej grawitacji właściwej
Gdy wiele cieczy o różnych S.G jest mieszanych ze sobą, produkt jest nową cieczą z własnym S.G, który różni się od składników, które ją utworzyły. S.G mieszaniny można znaleźć w następujący sposób:
SGi – Ciężar właściwy gatunków i
xi – Udział masowy gatunków i
Jako przykład rozważ dwie ciecze, A i B, gdzie A ma S.G równy 1,0, a B ma S.G 1,5 i są mieszane razem w stosunku 2:3 wagowo, to jest 40% produktu składa się A i pozostałe 60% produktu składa się z B.
S.G produktu można obliczyć w następujący sposób:
Wpływ na miksowanie
Ważne jest, aby znać S.G płynów mieszanych przy podejmowaniu decyzji, jaki rodzaj mieszalnika będzie używany. Wynika to z faktu, że S.G płynów ma wpływ na wymagania dotyczące mocy, aby osiągnąć właściwe wymieszanie.
W przypadku płynów newtonowskich, wraz ze wzrostem S.G, moc potrzebna do mieszania również wzrasta, a więc jeśli S.G nie zostanie uwzględnione przy określaniu typu wirnika i skrzyni biegów wymaganych dla miksera, prawdopodobnie wymagana moc będzie niedoszacowana, aw rezultacie, uszkodzić mikser.
Mieszanie cieczy
W zastosowaniach, w których mają być mieszane dwie lub więcej cieczy, różnica w S.G może być ważnym czynnikiem. Nawet jeśli te dwa składniki są mieszalne, jeśli istnieje duża różnica S.G, będą miały tendencję do dzielenia się na dwie oddzielne warstwy. Jeśli jeden składnik ma niższą wartość S.G niż druga, będzie miał tendencję do unoszenia się na górnej części głównej cieczy i będzie trudny do wprowadzenia do produktu. Jeśli produkt ma wyższy S.G, będzie miał skłonność do opadania na dno i ponownie będzie trudny do wprowadzenia do płynu objętościowego.
Im większa różnica w S.G między dwoma składnikami, tym większa intensywność mieszania jest wymagana do ich skutecznego wymieszania. Mieszanie można również wspomagać przez dodanie drugiego wirnika w pobliżu szczytu poziomu płynu, który jest celowo używany do wytworzenia małego wiru. Spowoduje to wyciągnięcie lżejszego komponentu z powierzchni płynu do głównej części.
Podobny pomysł osiąga się przy użyciu niskiego poziomu wirnika “kicker” u podstawy zbiornika, aby wyrzucić cięższy komponent do większej części płynu.
Mieszanie stałe / płynne
W zastosowaniach ze stałym zawieszeniem różnica w S.G może stwarzać jeszcze większe problemy. Jeśli substancja stała ostatecznie nie rozpuści się w płynie, wówczas mikser musi stale pracować, aby zawiesić ciała stałe w cieczy. Może to oznaczać, że wymagane jest mieszanie o dużym natężeniu, z dużymi silnikami i wysokimi prędkościami wirnika, wymaganymi dla zapewnienia, że ciała stałe pozostaną zawieszone.
Podobnie jak w przypadku mieszania cieczy, umieszczenie drugiego wirnika na górze zbiornika mieszającego może pomóc w narysowaniu lżejszych składników w dużej części płynu, gdzie główny wirnik może rozproszyć je w cieczy. Wirniki o niskim poziomie kopania mogą być użyte do wyrzucenia ciężkich ciał stałych z podstawy zbiornika, gdzie łatwiej są one porywane w przepływie z głównego wirnika i przenoszone do objętościowej cieczy.
Skala Brixa (°bx)
Jednym z powszechnych sposobów mierzenia S.G płynu pośrednio jest stopień Brixa płynu. Jeden stopień Brix (1°bx) definiuje się jako 1 gram sacharozy w 100 gramach wodnego roztworu. W przypadku koncentratów soków owocowych i innych słodkich produktów zawartość cukru jest prawdopodobnie dostarczana przez producenta, az tego można znaleźć S.G płynu.
Przeszłość
Nazwany po XIX-wiecznym naukowcu Adolfie Brixie, skala Brixa została pierwotnie opracowana dla browarów, aby dowiedzieć się, jaka jest zawartość cukru w ich produkcie. Najpierw browar dokona pomiaru ciężaru właściwego produktu, a następnie za pomocą zestawu opublikowanych tabel danych, przyjrzy się równoważnemu stężeniu sacharozy w procentach. Dane zebrano przez przygotowanie czystych roztworów sacharozy o znanej wytrzymałości i mierzeniu ich ciężaru właściwego i procentowej zawartości sacharozy w masie.
W dzisiejszych czasach skala Brixa jest nadal wykorzystywana przez takie branże jak cukier, produkcja wina i soki owocowe
jako sposób porównania względnej zawartości cukru.
Konwersja ciężaru właściwego (S.G) do Brixa (°bx):
Należy zauważyć, że są to zależności empiryczne i nie powinny być stosowane dla wartości większych niż 40°bx lub 1,18 S.G.
Wykaz stopni Brix kontra ciężar właściwy |
|
| Ciężar Właściwy |
 |
|---|---|
| Stopnie Brix |
Wykaz stopni Brix kontra zawartość cukru |
|
| Zawartość Cukru (g/l) |
 |
|---|---|
| Stopnie Brix |
John Whittle MEng (Hons)
