Lepkość

Definicja

Lepkość jest płynną właściwością, która opisuje wewnętrzny opór przepływu płynu do odkształcenia i jest jedną z najważniejszych właściwości płynów, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu mieszarki. Istnieją dwie wspólne miary lepkości, lepkości dynamicznej (μ) i lepkości kinematycznej (ν). Związek pomiędzy lepkością dynamiczną a lepkością kinematyczną przedstawiono poniżej:

Latex formula

ν – Lepkość kinematyczna (cSt)
μ – Lepkość dynamiczna (cP)
ρ – Gęstość (g/cm3)

Lepkość dynamiczna jest najbardziej odpowiednia dla zastosowań
mieszania, ponieważ opisuje opór przepływu płynu pod wpływem naprężenia ścinającego, podczas gdy lepkość kinematyczna opisuje opór przepływu pod wpływem grawitacji.

Płyny Newtona

W cieczach newtonowskich lepkość dynamiczna jest opisywana jako stosunek naprężenia ścinającego do gradientu prędkości w cieczy. Lepkość pozostaje stała na różnych naprężeniach ścinających i w czasie, a zależność jest pokazana w poniższym równaniu:

Latex formula

τ – Naprężenie ścinające
μ – Dynamiczna lepkość
du / dy – Gradient prędkości

Większość płynów można modelować jako płyny Newtona i jest to rodzaj płynu, z którym mamy do czynienia w większości zastosowań mieszania.

Płyny Nienewtonowskie

Inne rodzaje płynów mogą wykazywać zachowanie nienewtonowskie, w którym lepkość nie jest wartością stałą i zmienia się w odpowiedzi na jakąś inną zmienną.
Niektóre z nich są wymienione poniżej:

  • Pseudoplastyczne  lub rozrzedzające płyny są najczęstszym rodzajem nienewtonowskiego płynu, z którym się stykamy.
    W tych płynach lepkość zmniejsza się wraz ze wzrostem naprężenia ścinającego.
  •  Płyny tiksotropowe zachowują się jak płyny pseudoplastyczne, z tym że lepkość zmniejsza się wraz z upływem czasu pod wpływem naprężeń ścinających.
  • Płyny dylatantowe i Preoptic  są odpowiednimi odpowiednikami płynów pseudoplastycznych i tiksotropowych,
    z tym że ich lepkość wzrasta odpowiednio w zależności od szybkości ścinania i czasu.
  •  Płyny wiskoelastyczne wykazują połączenie lepkich i elastycznych właściwości w warunkach stresowych .
    Oznacza to, że zachowują się one częściowo jak sprężyste ciało stałe i po odkształceniu mają tendencję do powrotu do pierwotnego kształtu.
  • Tworzywa Bingham  mają minimalny naprężenia ścinające wymagane przed jakimkolwiek przepływem materiału.

Niektóre typowe nienewtonowskie płyny to farby na bazie wody, roztwory polimerowe oraz wiele produktów do pielęgnacji żywności i higieny osobistej, takich jak pasta do zębów i keczup z pomidorów.

Pomiar lepkości

Lepkość mierzy się za pomocą przyrządu zwanego wiskozymetrem lub reometrem. Istnieje wiele różnych typów, z których najczęstsze są wyjaśnione poniżej:

SPADAJĄCY WISKOZYMETR

Spadający wiskozymetr

Wiskozymetry typu spadające kulki składają się z małej kuli i nieruchomej szklanej rurki wypełnionej badanym płynem. Kula może opadać przez płyn i mierzony jest czas przejścia między dwoma punktami. Stosując prawo Stokesa można następnie obliczyć lepkość dynamiczną, wykorzystując gęstość płynu i sfery.

Kubki lepkości

Kubki lepkości są rodzajem urządzenia do pomiaru lepkości składającego się z kubka z precyzyjnie dobraną aperturą w podstawie. Kubek jest napełniany mierzoną cieczą i pobierany jest czas potrzebny, aby ciecz spłynęła z kubka przez otwór. Od tej wartości czasu lepkość kinematyczną można obliczyć za pomocą wzorów przeliczeniowych lub tablic dostarczonych przez producenta.

Kubki o lepkości są powszechnie stosowane w przemyśle farb i lakierów.

WISKOZYMETR ROTACYJNY

Wiskozymetr rotacyjny

Bardziej wyrafinowanym typem reometru jest wiskozymetr typu obrotowego wrzeciona. Instrumenty te działają w oparciu o zasadę Searle’a, w której moment obrotowy wymagany do obrócenia wrzeciona w każdym płynie przy określonej prędkości jest proporcjonalny do lepkości płynu.

Prędkość obracającego się wrzeciona można zwykle zmieniać, co ma wpływ na zmianę naprężenia ścinającego, którego doświadcza płyn. Pozwala to na zastosowanie wiskozymetrów obrotowych do pomiaru profilu lepkości płynów nienewtonowskich, które wykazują różne lepkości na różnych poziomach naprężenia ścinającego.

KUBKI LEPKOŚCI
KategoriaCieczCiężar Właściwy przy 16°CLepkość Absolutna (cP)Temperatura (°C)Typ Lepkości
Produkty przemysłoweKlej acetonowy1200 - 140020T
Produkty przemysłoweAlkohol, sopropyl2  Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweŻywice alkidowe500 - 3,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweAnty zamarzające15 Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweJedzenie dla dzieci140093T
Produkty żywienioweRzadkie ciasto2950030T
Produkty żywieniowePiwo18   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweSos z buraków195076T
Produkty przemysłoweBenzyna5   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweKrem Premix2920018T
FarmaceutykiKrew10 Temperatura pokojowa
Oleje z ryb i zwierzątOlej z kości0,924854N
Produkty żywienioweDrożdże piwowarskie36818T
Produkty żywienioweMieszanka bulionowa43018T
NabiałMasło Odświeżone4550N
NabiałTłuszcz maślany2065N
NabiałMasło30,000   Temperatura pokojowa
NabiałKrem maślany, kwaśny550   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweSos chleba Świętojańskiego150030T
Oleje roślinneOlej rycynowy0,9658027N
Produkty przemysłoweMasa uszczelniająca5,000,000 - 10,000,000 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweSoda kaustyczna 50%45   Temperatura pokojowa
NabiałSer miękki30,000 Temperatura pokojowa
Oleje roślinneOlej z chińskiego drewna0,9430021N
Produkty żywienioweCzekolada28049T
Produkty żywienioweSyrop czekoladowy2,250   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweMiąższ owoców cytrusowych1,2760020T
Produkty przemysłoweCzyszczenie emulsji1,500   Temperatura pokojowa
NabiałMasło kakaowe0,925060N
Oleje roślinneOlej kokosowy0,935524N
Oleje z ryb i zwierzątOlej z dorsza0,933238N
Produkty żywienioweLikier kawowy 30-4010 - 10020T
NabiałMleko skondensowane40 - 8040-50N
NabiałMleko skondensowane 751,3216020T
Oleje roślinneOlej kukurydziany0,922857N
Produkty żywienioweSyrop kukurydziany15,000   Temperatura pokojowa
NabiałTwarożek3000018T
Oleje roślinneOlej z nasion bawełny0,886224N
NabiałKrem 30 Tłuszcz11416N
NabiałŚmietanka 45 Tłuszcz0,994816N
NabiałKrem 50 tłuszczowy0,9811216N
NabiałKrem 50 tłuszczowy5532N
NabiałSer topiony100,000   Temperatura pokojowa
NabiałŚmietany, skrzepnięty20,000 Temperatura pokojowa
NabiałŚmietana podwójna120 Temperatura pokojowa
NabiałŚmietana pojedyncza50   Temperatura pokojowa
NabiałŚmietana kwaśna15,200 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweKryształy Cresol1018T
Produkty żywienioweKrem1,6150085-90T
FarmaceutykiDetergenty147070T
Produkty przemysłoweDiesel14 Temperatura pokojowa
Produkty glikoloweDiethylene1,123221N
Produkty przemysłoweDipropyleneglycol107   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweJadalny olej0,96520N
Produkty przemysłoweŻywica epoksydowa5,000 - 10,000   Temperatura pokojowa
Produkty glikoloweEtylen1,121821N
Produkty glikoloweGlikol etylenowy16   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweSok owocowy1,0455-7518N
Paliwa i oleje smarująceOlej opałowy nr 412 Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweŻelatyna 37119043T
Produkty żywienioweŻelatyna1,200   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweGlukoza1,34300 - 860025-30T
Produkty przemysłoweKlej, gatunek pistoletu5,000 - 50,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweKlej, lejący3,000 - 5000 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweGliceryna 1001.26 at 20°C64820N
FarmaceutykiGliceryna1,000 - 2,000 Temperatura pokojowa
Produkty glikoloweGlikol20   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweGnojowica111080T
FarmaceutykiKrem do rąk8,000   Temperatura pokojowa
FarmaceutykiBalsam do rąk5,000   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweMiód1,800 - 3,000 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej hydrauliczny30 - 120 Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweLukier10,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweAtrament, drukowanie, płyn550 - 2,200   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweAlkohol izopropylowy1,111,985N
Produkty żywienioweDżem ozdobny844016T
Produkty żywienioweDżem8,500   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweNafta oczyszczona10 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweLakier 25300018T
Farby i lakieryLakier na bazie wody900 Temperatura pokojowa
Farby i lakieryLakiery 25% pigmentów3,000 Temperatura pokojowa
Oleje z ryb i zwierzątSmalec0,966238N
Oleje z ryb i zwierzątOlej smalcowy0.91-0.9340 - 4738N
FarmaceutykiEmulsja lateksowa120024T
Farby i lakieryLateksowy neopren5,000   Temperatura pokojowaT
Farby i lakieryFarba lateksowa750   Temperatura pokojowaT
Oleje roślinneSurowy olej lniany0.93-0.942938N
Oleje roślinneOlej lniany30- 70 Temperatura pokojowa
FarmaceutykiMydło w płynie85   Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceSmar60- 200   Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej maszynowy ciężki600   Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej maszynowy, lekki150   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweEkstrakt słodowy1,4300060T
Produkty żywienioweEkstrakt słodowy 80950018T
Produkty żywienioweSyrop klonowy150 - 300 Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweMajonez5,000 - 20,000 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweKeton metylowo-etylowy4   Temperatura pokojowa
NabiałMleko1.02-1.05218N
NabiałSerwatka mleczna 48 cukru800 - 150040T
NabiałMleko skondensowane6,000   Temperatura pokojowa
NabiałMleko odparowane6,100   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweMięso mielone10000030T
Produkty żywienioweMelasa5,000 - 10,000 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 1050 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 20125   Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 30200 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 40320 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 50540 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 601,000 Temperatura pokojowa
Paliwa i oleje smarująceOlej silnikowy SAE 701,600 Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweMus mix12005T
Produkty przemysłoweNaOH 201,22118N
Produkty przemysłoweNaOH 301,33118N
Produkty przemysłoweNaOH 401,432018N
Oleje roślinneKwas oleinowy40   Temperatura pokojowa
Oleje roślinneOliwa z oliwek0,914038N
Produkty żywienioweKoncentrat soku pomarańczowego30 Brix63020N
Farby i lakieryFarba na bazie wody2,400   Temperatura pokojowa
Oleje roślinneOlej palmowy0,924338N
Produkty żywienioweCiasto naleśnikowe2,200   Temperatura pokojowa
FarmaceutykiEmulsja parafinowa1,2300018T
Produkty przemysłoweParafina10 Temperatura pokojowa
Oleje roślinneOlej z orzechów0,923838N
Produkty żywienioweMasło orzechowe150,000 - 250,000 Temperatura pokojowa
Oleje roślinneOlej z orzechów100   Temperatura pokojowa
Produkty żywieniowePektyna30038N
Produkty przemysłoweBenzyna8   Temperatura pokojowa
FarmaceutykiWazelina64,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłowePlastisol2,52800018T
Produkty przemysłowePoliester1.1 at 30300030T
Produkty przemysłoweŻywica poliestrowa3,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweKaprylan poligliceryny6,000 - 7,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłowePoliizobutylen1.09 at 85°1250085T
Produkty przemysłoweRoztwór polimeru20,000   Temperatura pokojowaT
Produkty przemysłowePoliol, niepigmentowany500 - 5,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłowePolipropylen24000050T
Produkty przemysłoweWodorotlenek potasu67   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweTusz do drukarek550 -220038T
NabiałPrzetworzony ser3000018T
Produkty glikolowePropylen1,045221N
Produkty przemysłoweKit100,000,000 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweŻywica PVA65,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweRozwiązanie żywiczne88024T
Produkty przemysłoweŻywica rozlewna880 - 975 Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweRozwiązanie żywiczne7,100   Temperatura pokojowa
Produkty żywieniowePudding ryżowy10000100T
Produkty żywienioweKrem sałatkowy1300 -260018T
Produkty żywienioweSos jabłkowy1,150080T
Oleje roślinneOlej sezamowy94   Temperatura pokojowa
FarmaceutykiSzampon3,000 - 5,000 Temperatura pokojowa
FarmaceutykiMydło Arylan1.0 at 40°C63060T
FarmaceutykiRozwiązanie mydła1.03 at 60°C8260T
Produkty żywienioweSorbitol1,2920020N
Oleje roślinneOlej sojowy0,936024N
Produkty żywienioweZawiesina fasoli sojowej5000 -10,00050-90T
Produkty żywienioweSos do spaghetti1,000   Temperatura pokojowa
Oleje z ryb i zwierzątNasienie olejowe0,882438N
Produkty żywienioweRoztwór skrobi 25%300   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweSyrop cukrowy, sacharoza1,210   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweKwas sulfonowy1,0412530T
Produkty przemysłoweDwutlenek tytanu5,000   Temperatura pokojowa
Produkty przemysłoweToluen6   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweKeczup100030T
Produkty żywieniowePasta pomidorowa 3019518T
Produkty żywienioweSok pomidorowy180   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweKeczup1,000   Temperatura pokojowa
Produkty żywieniowePuree ziemniaczane50,000   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweSos pomidorowy2,600   Temperatura pokojowa
FarmaceutykiPasta do zębów70,000 - 100,00018T
Produkty przemysłoweTriocetat Dope48,000 / 60,00040T
Produkty glikoloweTrietylen1,124021N
Oleje roślinneTerpentyna0,86216N
Farby i lakieryLakier320   Temperatura pokojowa
Oleje roślinneOlej roślinny40   Temperatura pokojowa
Produkty żywienioweOcet winny12 - 1520N
FarmaceutykiWosk0,950093T
Oleje z ryb i zwierzątOlej z walenia0,9325 - 3938N
NabiałSerwatka800 - 1,500 Temperatura pokojowa
NabiałCałe jajko1504,5T
Produkty żywienioweDrożdże Surry2018T
NabiałJogurt3,000 - 8,000 Temperatura pokojowa
DO NOT DELETE THIS SECTION


Lepkość
kinem.
(cSt)


Typ kubka

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
‘Ultra Niski’ kubek536884
Powłoka kubka #11721.526354657
Powłoka kubka #218.32230.4394756
Powłoka kubka #2.519253035.646.657
Powłoka kubka #318.62228.635424855
Powłoka kubka #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Powłoka kubka #4182124273037455260
Powłoka kubka #516202428323640444852566064
Powłoka kubka #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Kubek Zahna #130.53235384245526068
Kubek Zahna #218192022.5252830343843536372
Kubek Zahna #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Kubek Zahna #4171819.52122.52426283032384551546570
Kubek Zahna #51718.5202122.527313540454960
Kubek Forda #3323740435363738393103113120130
Kubek Forda #42022252835404855627076829098103
Kubek ISO #4263339465360
Kubek DIN #420222426283035404650566171
Kubek AFNOR #420222426283035404650566171
Kubek Norcross #1313640537087
Kubek Norcross #21923283445556776
Kubek Norcross #31720253035404550556879
Kubek Norcross #41822273236404448535761656885
Kubek Norcross #5202226313641455062


Lepkość
kinem.
(cSt)


Typ kubka

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
‘Ultra Niski’ kubek536884
Powłoka kubka #11721.526354657
Powłoka kubka #218.32230.4394756
Powłoka kubka #2.519253035.646.657
Powłoka kubka #318.62228.635424855
Powłoka kubka #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Powłoka kubka #4182124273037455260
Powłoka kubka #516202428323640444852566064
Powłoka kubka #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Kubek Zahna #130.53235384245526068
Kubek Zahna #218192022.5252830343843536372
Kubek Zahna #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Kubek Zahna #4171819.52122.52426283032384551546570
Kubek Zahna #51718.5202122.527313540454960
Kubek Forda #3323740435363738393103113120130
Kubek Forda #42022252835404855627076829098103
Kubek ISO #4263339465360
Kubek DIN #420222426283035404650566171
Kubek AFNOR #420222426283035404650566171
Kubek Norcross #1313640537087
Kubek Norcross #21923283445556776
Kubek Norcross #31720253035404550556879
Kubek Norcross #41822273236404448535761656885
Kubek Norcross #5202226313641455062

Wpływ na miksowanie

Lepkość płynów jest jednym z najważniejszych czynników przy projektowaniu miksera dla danej aplikacji.

Im większa jest lepkość płynów, tym więcej energii jest potrzebne do wymieszania płynu, a to oznacza większe wirniki i mocniejsze silniki do ich obracania. W przypadku materiałów o wysokiej lepkości może być konieczne zastosowanie wirnika o małym prześwicie, takiego jak wirnik bramowy lub spiralny, w celu uzyskania odpowiedniego mieszania w całej objętości zbiornika.

Mieszanie laminarne i turbulentne

Mieszanie przy niskiej lepkości prawie zawsze odbywa się w warunkach turbulencji. Oznacza to, że mieszanie jest kontrolowane przez siły bezwładności, a nie przez dyfuzję molekularną, a mieszanie osiąga się dzięki wielu wirom i wirom wytworzonym przez wirnik miksera.

Wirniki, takie jak hydrofoil i wirniki typu turbiny z łopatami tnącymi, stosuje się do mieszania o niskiej lepkości, ponieważ zapewniają one duże zdolności pompowania i powodują duże ilości turbulencji w mieszalniku.

Z drugiej strony, mieszanie przy wysokich lepkościach odbywa się głównie w reżimie laminarnego przepływu, w którym dominują siły lepkości, tłumiąc wszelkie turbulencje, a dyfuzja cząsteczek jest głównym źródłem mieszania. Aby wspomóc dyfuzję molekularną, celem mieszania w reżimie laminarnym jest „pocięcie i złożenie” płynu tak, aby pomiędzy różnymi cieczami znajdował się większy obszar międzyfazowy do dyfuzji.

W tym przypadku stosuje się wirniki bramowe lub ślimakowe, ponieważ duża powierzchnia przedstawiona do płynu pomaga zwiększyć „cięcie i składanie”
w całej objętości zbiornika.

Poniższy wykres pokazuje odpowiednie zakresy lepkości dla różnych typów standardowych wirników.

Wykres typów wirników w porównaniu do ich odpowiednich lepkości operacyjnych
DZIAŁ RODZAJÓW WIRNIKÓW KONTRA ICH ODPOWIEDNIE DZIAŁY OPERACYJNE

Mieszanie nienewtonowskie

Osiągnięcie odpowiedniego mieszania w płynach nienewtonowskich może być trudne. Jeśli masz aplikację do mieszania nienewtonowskiego i potrzebujesz pomocy w wyborze odpowiedniego mieszadła, skontaktuj się z nami, a jeden z naszych inżynierów aplikacji z przyjemnością Ci pomoże.

Miksery statyczne

CZŁONY MIESZALNIKA STATYCZNEGO

Wpływ lepkości na mieszanie w liniowym mieszalniku statycznym jest podobny do wpływu na mieszane mieszalniki zbiornikowe. W zastosowaniach o niższej lepkości mieszanie jest zdominowane przez turbulencje wirowe, podczas gdy aplikacje o wyższej lepkości są nadal zdominowane przez dyfuzję molekularną i polegają na tej samej metodzie „rozcinania i składania” mieszania, jak opisane powyżej mieszalniki zbiornikowe z mieszaniem.

STATYCZNY ELEMENT MIESZALNIKA

W przypadku płynów o niskiej i wysokiej lepkości stosuje się różne typy elementów mieszających i generalnie stosuje się te same zasady co wirniki zbiornika mieszadła.
Im wyższa jest lepkość, tym większe i bardziej złożone są elementy mieszające umieszczone w rurze, aby zapewnić mieszanie przez całą średnicę rury, a to zwiększa spadek ciśnienia na mieszalniku. Zwiększa to moc wymaganą od pompy, tak jak w mieszalnikach mieszalnikowych, potrzeba więcej mocy do mieszania płynów
o dużej lepkości.

John Whittle MEng (Hons)

John Whittle MEng (Hons)

Start typing and press Enter to search