Viskositas. Koefisien viskositas dinamis. Arti fisik koefisien viskositas

viskositas index - parameter kunci dari cairan atau gas bekerja. Dalam hal fisik, viskositas dapat didefinisikan sebagai gesekan internal yang disebabkan oleh gerak partikel-partikel yang merupakan massa cair menengah (gas), atau, lebih sederhana, perlawanan gerakan.

Apa viskositas

Sebuah sederhana pengalaman empiris viskositas: permukaan miring halus secara bersamaan dituangkan ke dalam jumlah yang sama air dan minyak. Air mengalir minyak lebih cepat. Hal ini lebih cair. Bergerak cepat menguras minyak mencegah gesekan yang lebih tinggi antara molekul-nya (resistansi internal - viskositas). Dengan demikian, viskositas fluida berbanding terbalik dengan fluiditas.

Indeks viskositas: rumus

Disederhanakan dari proses cairan kental dalam pipa dapat dianggap lapisan paralel sebagai datar A dan B dengan luas permukaan yang sama S, jarak antara yang besarnya h.

Ini (A dan B) dua lapisan bergerak dengan kecepatan yang berbeda (V dan V + ΔV). Lapisan memiliki kecepatan tertinggi (V + ΔV), melibatkan pergerakan lapisan B, bergerak dengan kecepatan yang lebih lambat (V). Pada saat yang sama lapisan B cenderung memperlambat laju lapisan A. arti fisik koefisien viskositas adalah bahwa gesekan molekul yang merupakan hambatan aliran dari lapisan membentuk sebuah kekuatan yang Isaak Nyuton dijelaskan dengan rumus berikut:

F = μ × S × (ΔV / h)

di sini:

• ΔV - perbedaan antara kecepatan pergerakan lapisan aliran fluida;
• h - jarak antara lapisan aliran cairan;
• S - luas permukaan lapisan aliran fluida;
• μ (mu) - faktor tergantung pada sifat cairan, yang disebut mutlak viskositas dinamis.

Dalam SI unit rumus adalah sebagai berikut:

μ = (F × h) / (S × ΔV) = [Pa × s] (× Pascal kedua)

Dimana F - gaya gravitasi (berat) unit volume cairan hidrolik.

nilai viskositas

Dalam kebanyakan kasus, koefisien viskositas dinamis diukur dalam centipoises (cP) sesuai dengan cgs sistem (centimeter, gram, kedua). Dalam prakteknya, viskositas rasio massa cair terkait dengan volume, yaitu kepadatan cairan:

ρ = m / V

di sini:

• ρ - densitas cairan;
• m - massa fluida;
• V - volume cairan.

Rasio antara viskositas dinamis (μ) dan densitas (ρ) disebut kinematik viskositas ν (ν - Yunani - nu):

ν = μ / ρ = [m ² / s]

Kebetulan, metode untuk menentukan koefisien viskositas berbeda. Sebagai contoh, viskositas kinematik masih diukur sesuai dengan sistem GHS di centistokes (cSt) dan submultiple jumlah - Stokes (St):

• 1st Class = 10 ^-4 m ² / s = 1 cm ² / s;
• 1sSt = 10 ^-6 m ² / s = 1 mm ² / s.

Penentuan viskositas air

Koefisien viskositas air ditentukan dengan mengukur waktu aliran fluida melalui tabung kapiler dikalibrasi. Perangkat ini dikalibrasi menggunakan dikenal standar viskositas cairan. Untuk menentukan viskositas kinematik, diukur dalam mm ² / s, waktu aliran fluida, diukur dalam detik, dikalikan dengan nilai konstan.

Sebagai unit perbandingan yang digunakan viskositas air suling, yang nilainya hampir konstan bahkan ketika perubahan suhu. Viskositas - rasio waktu dalam detik yang diperlukan volume tetap dari air suling untuk berakhirnya lubang dikalibrasi, dengan nilai yang sama untuk cairan uji.

Alat ukur kekentalan

Viskositas diukur dalam derajat Engler (° E) Saybolt Universal Detik ( "SUS) atau derajat Redwood (° RJ) tergantung pada jenis Rheometer. Tiga jenis Alat ukur kekentalan berbeda hanya dalam jumlah yang mengalir medium cair.

Viskometer mengukur viskositas di unit Eropa Engler derajat (° E), dihitung per 200 cm ³ mengalir medium cair. Viskometer mengukur viskositas dalam detik Saybolt Universal ( "SUS atau" SSU), digunakan di Amerika Serikat, yang mengandung 60 cm ³ dari cairan uji. Di Inggris, di mana digunakan derajat Redwood (° RJ), melakukan viskometer mengukur viskositas 50 cm ³ cairan. Misalnya, jika 200 cm ³ dari minyak mengalir di sepuluh kali lebih lambat dari jumlah yang sama air, viskositas adalah 10 ° Engler E.

Karena suhu merupakan faktor kunci dalam mengubah rasio viskositas, pengukuran biasanya dilakukan awalnya pada suhu konstan 20 ° C dan kemudian pada nilai yang lebih tinggi. Hasilnya, dengan demikian, dinyatakan dengan menambahkan suhu yang sesuai, misalnya 10 ° E / 50 ° C atau 2,8 ° E / 90 ° C viskositas cairan pada 20 ° C lebih tinggi daripada viskositas pada temperatur yang lebih tinggi. minyak hidrolik memiliki viskositas pada suhu masing-masing sebagai berikut:

190 cSt pada 20 ° C = 45,4 cSt pada 50 ° C = 11,3 cSt pada 100 ° C

nilai terjemahan

Penentuan viskositas terjadi dalam sistem yang berbeda (Amerika, Inggris, GHS) dan oleh karena itu sering diperlukan untuk menerjemahkan data dari satu sistem pengukuran yang lain. Untuk mengkonversi nilai-nilai viskositas fluida dinyatakan dalam derajat Engler di centistokes (mm ² / s) dengan menggunakan rumus empiris berikut:

ν (CST) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)

Sebagai contoh:

• 2 ° E = 7,6 × 2 × (1-1 / 23) = 15,2 × (0875) = 13,3 cSt;
• 9 ° E = 7,6 × 9 × (1-1 / 93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.

Dalam rangka untuk cepat menentukan viskositas standar formula hidrolik dapat disederhanakan minyak sebagai berikut:

ν (CST) = 7,6 × ° E (mm ² / s)

Memiliki viskositas kinematik ν di mm ² / s atau cSt, dapat diubah menjadi koefisien viskositas dinamis μ, menggunakan hubungan berikut:

μ = ν × ρ

Misalnya. Merangkum berbagai formula translation Engler derajat (° E) centistokes (cSt) dan centipoises (cps), asumsikan bahwa minyak hidrolik dengan kepadatan ρ = 910 kg / m ³ memiliki viskositas kinematik dari 12 ° E, dalam satuan centistokes:

ν = 7,6 × 12 × (1-1 / 123) = 91,2 × (0,99) = 90,3 mm ² / s.

Sejak 1sSt = 10 ^-6 m ² / s dan 1br = N × 10 ^-3 s / m ^2, maka viskositas dinamis akan sama dengan:

μ = ν × ρ = 90,3 × 10 ^-6 · 910 = 0,082 × N s / m ² = 82 CPS.

Koefisien viskositas gas

Hal ini ditentukan oleh komposisi (kimia, mekanik) gas ke suhu dan tekanan diterapkan dalam perhitungan gas-dinamis yang terkait dengan gerakan gas. Dalam prakteknya, viskositas gas diperhitungkan dalam pengembangan desain ladang gas, di mana perhitungan dilakukan perubahan koefisien tergantung pada perubahan komposisi gas (terutama penting untuk deposito gas kondensat), suhu dan tekanan.

Kami menghitung koefisien viskositas udara. Proses akan mirip dengan yang dijelaskan di atas dua arus air. Asumsikan paralel bergerak dua gas aliran U1 dan U2, tetapi pada tingkat yang berbeda. Antara lapisan konveksi akan terjadi (interpenetration) molekul. Akibatnya, momentum aliran udara bergerak lebih cepat akan menurun dan pada awalnya bergerak perlahan - dipercepat.

Koefisien viskositas udara, menurut hukum Newton, dinyatakan dengan rumus berikut:

F = h × (dU / DZ) × S

di sini:

• dU / DZ adalah gradien kecepatan;
• S - daerah dampak kekuatan;
• Faktor h - viskositas dinamis.

indeks viskositas

Viscosity Index (VI) - parameter mengkorelasikan perubahan viskositas dan suhu. korelasi adalah hubungan ketergantungan statistik, dalam hal ini dua nilai di mana perubahan suhu disertai dengan variasi sistematis viskositas. Semakin tinggi indeks viskositas, kurang perubahan antara dua nilai, yaitu viskositas fluida kerja lebih stabil dengan suhu.

Viskositas minyak

Pada dasar indeks viskositas minyak modern kurang dari 95-100 unit. Jadi dalam mesin dan peralatan hidrolik dapat digunakan cukup cairan stabil yang membatasi variasi luas dalam viskositas dalam kondisi suhu kritis.

"Menguntungkan" koefisien viskositas dapat dipertahankan dengan memperkenalkan aditif minyak khusus (polimer) diperoleh dengan distilasi minyak bumi. Mereka meningkatkan minyak indeks viskositas dengan membatasi perubahan karakteristik dari kisaran diperbolehkan. Dalam prakteknya pengenalan kuantitas yang diperlukan aditif minyak dasar indeks viskositas rendah bisa dinaikkan ke 100-105 unit. Namun, campuran yang diperoleh adalah merusak sifat di bawah tekanan tinggi dan beban panas, sehingga mengurangi efektivitas aditif.

Dalam daya sirkuit harus digunakan cairan hidrolik yang kuat dengan indeks viskositas 100 unit. Cairan yang mengandung aditif yang meningkatkan indeks viskositas, yang digunakan dalam sirkuit kontrol hidrolik dan sistem lain yang beroperasi di kisaran / tekanan menengah rendah, secara terbatas berbagai perubahan suhu dengan kebocoran kecil dan batch. Sebagai tekanan meningkat dan viskositas meningkat, namun proses tersebut terjadi pada tekanan di atas 30,0 MPa (300 bar). Dalam prakteknya, faktor ini sering diabaikan.

Pengukuran dan indeksasi

Sesuai dengan standar internasional ISO, viskositas air (dan cairan lainnya) dinyatakan dalam centistokes: cSt (mm ² / s). Pengukuran minyak proses viskositas harus dilakukan pada suhu antara 0 ° C, 40 ° C dan 100 ° C. Dalam kasus apapun, dalam kode mark viskositas minyak harus ditunjukkan pada angka 40 ° C Jauh viskositas diberikan pada 50 ° C Marks, yang paling sering digunakan dalam hidrolika teknik, mulai dari ISO VG 22 ke ISO VG 68.

minyak hidrolik VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 pada suhu 40 ° C memiliki viskositas yang sesuai dengan label mereka: 22, 32, 46, 68 dan 100 cSt. Viskositas kinematik optimal fluida kerja dalam sistem hidrolik terletak pada kisaran 16-36 cSt.

American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers - SAE) telah membentuk rentang viskositas pada suhu tertentu dan kode yang sesuai yang ditugaskan kepada mereka. Nomor berikut huruf W, - dinamika koefisien viskositas μ mutlak pada 0 ° F (-17,7 ° C), dan ν viskositas kinematik ditentukan pada 212 ° F (100 ° C). Ini pengindeksan hal minyak kelas rangkap digunakan dalam industri otomotif (transmisi, motor, dan sebagainya. D.).

Pengaruh viskositas pada pekerjaan hidrolik

Penentuan viskositas fluida tidak hanya kepentingan ilmiah dan pendidikan, tetapi juga membawa signifikansi praktis penting. Cairan hidrolik tidak hanya mentransfer energi dari pompa ke motor hidrolik, tetapi juga untuk melumasi seluruh bagian dan komponen ditarik dari pasangan gesekan panas yang dihasilkan. Tidak sesuai dengan pekerjaan viskositas fluida kerja serius dapat mengganggu efektivitas hidrolik.

Viskositas tinggi dari fluida kerja (minyak kepadatan sangat tinggi) menyebabkan efek negatif berikut:

• hambatan aliran yang meningkat dari cairan hidrolik menyebabkan penurunan tekanan yang berlebihan dalam sistem hidrolik.
• Perlambatan kontrol kecepatan dan gerakan mekanik aktuator.
• Pengembangan kavitasi pompa.
• Nol atau sangat rendah pelepasan udara dari tangki minyak hidrolik.
• Sebuah kerugian terlihat kekuasaan (mengurangi efisiensi) hidrolika karena tingginya biaya energi untuk mengatasi gesekan internal fluida.
• Peningkatan torsi penggerak utama dari mesin yang disebabkan oleh peningkatan beban pada pompa.
• Kenaikan suhu cairan hidrolik yang dihasilkan oleh gesekan meningkat.

Dengan demikian, arti fisik koefisien viskositas adalah di dampaknya (positif atau negatif) pada komponen dan mekanisme untuk kendaraan, mesin dan peralatan.

Kehilangan daya hidrolik

Viskositas rendah dari fluida kerja (minyak kepadatan rendah) menyebabkan efek negatif berikut:

• Jatuh efisiensi volumetrik pompa sebagai akibat dari meningkatnya kebocoran internal.
• Peningkatan kebocoran internal komponen hidrolik dalam sistem hidrolik seluruh - pompa, katup, katup, motor hidrolik.
• Peningkatan memakai unit memompa dan pompa kemacetan karena tidak cukup viskositas cairan hidrolik yang diperlukan untuk melumasi bagian menggosok.

sifat dpt ditekan

Cairan di bawah tekanan dikompresi. Sehubungan dengan minyak, pendingin dan pelumas yang digunakan dalam hidrolika teknik mesin, secara empiris ditemukan bahwa proses kompresi berbanding terbalik dengan massa fluida pada volume. Jumlah anggota kompresi untuk minyak mineral secara signifikan lebih rendah untuk air dan jauh lebih rendah untuk cairan sintetis.

Dalam sederhana tekanan rendah cairan hidrolik kompresibilitas efek yang dapat diabaikan pada pengurangan volume awal. Tapi mesin yang kuat dengan tekanan tinggi penggerak hidrolik silinder dan besar, proses ini memanifestasikan dirinya terlihat. Dalam hidrolik minyak mineral pada tekanan 10,0 MPa (100 bar), volume menurun sebesar 0,7%. Dalam hal ini, perubahan volume kompresi untuk sebagian kecil mempengaruhi viskositas kinematik dan jenis minyak.

kesimpulan

Penentuan viskositas memungkinkan untuk memprediksi pengoperasian peralatan dan mesin dalam berbagai kondisi, mempertimbangkan perubahan dalam cairan atau gas komposisi, tekanan, suhu. Juga, kontrol dari indikator yang relevan untuk industri minyak dan gas, utilitas dan industri lainnya.