Vad är viskositet?

Viskositet är ett mått på en vätskas flödesmotstånd. Och du behöver inte arbeta i ett laboratorium för att observera detta. Alla som har tillbringat någon tid i köket har observerat en mängd olika vätskor med en mängd olika viskositeter.

• Vatten, mjölk och fruktjuice flyter alla mycket lätt; det kan man se när man häller upp dem i ett glas. Dessa är alla exempel på vätskor med låg viskositet eller tunna vätskor.
• Andra exempel, som vegetabilisk olja, lönnsirap och diskmedel, är betydligt mer trögflytande, vilket gör att de inte rinner ut lika snabbt. Dessa är alla exempel på vätskor med medelhög viskositet.
• Honung, melass och smält choklad är mycket svåra att hälla och ofta tar vi fram en sked eller något annat redskap för att påskynda processen. Dessa är alla exempel på vätskor med hög viskositet.
• Jordnötssmör, sylt och kola hälls ofta inte alls och kräver redskap för att få ut dem ur behållaren. Dessa är alla exempel på vätskor med mycket hög viskositet. Dessa vätskor är så tjocka att de börjar sudda ut gränsen mellan vätska och fast ämne. Men till skillnad från fasta ämnen kan viskositeten hos dessa vätskor mätas och kvantifieras.

Den kanske viktigaste skillnaden mellan fasta ämnen och vätskor (åtminstone ur vår pumptillverkares synvinkel) är "kan den flyttas med en pump?". Svaret är ja på hela listan ovan, men det viktiga är att veta, utöver en allmän beskrivning av "viskös", vad vätskans viskositet faktiskt är.

Enheter för viskositet och mätning

De termer jag använde ovan är mycket subjektiva. Om du till exempel skulle fråga mig om jag är lång, skulle jag svara ja. Men om jag skulle kliva in på planen vid en professionell basketmatch skulle det vara mer korrekt att beskriva mig som kort. Samma sak gäller för viskositet. För kunder som hanterar tunna vätskor som vatten skulle vegetabilisk olja betraktas som en trögflytande vätska. På en chokladtillverkare anser de att vegetabilisk olja är en tunn vätska. Utan mätning och kvantifiering är viskositet relativt.

För en mer exakt mätning behövs en viskosimeter. En viskosimeter är en anordning som är utformad för att mäta viskositet. Det finns många olika typer av viskosimetrar tillgängliga som varierar i pris och med varierande intervall för viskositetsmätning. För det första finns det två olika typer av viskositetsmätning.

• Kinematisk viskositet är beroende av vätskans densitet. Det finns en mängd olika måttenheter, men den vanligaste är centistokes, förkortat cSt.
• Dynamisk viskositet är endast beroende av skjuvspänning eller krafter som är involverade i vätskans deformation. Det finns en mängd olika måttenheter, men den vanligaste är centipoise, förkortat Perifera kolvpumpar.

Omvandlingen mellan de två är mycket enkel med hjälp av följande ekvation:

cSt x specifik vikt =          cPANDcP ÷ specifik vikt = cSt

Låt oss titta på några av de vanligaste exemplen på varje typ av viskosimeter.

Kinematiska viskosimetrar

• VISKOSITETSKOPPAR - En kopp med en specifik uppmätt volym och en liten öppning i botten. Viskositetsmuggar fungerar på samma sätt som hälltestet som beskrivs ovan, men är kalibrerade för att säkerställa att en exakt mätning kan göras. Den tid som krävs för att helt tömma bägaren genom öppningen mäts. Ju längre tid, desto högre viskositet. I vissa fall är själva tiden enheten för viskositetsmätningen. Exempel på detta är Saybolt Seconds Universal (abb. SSU eller SUS) eller Saybolt Seconds Furol (abb. SSF eller SFS). Andra har en enkel omvandling av tiden i sekunder direkt till centistokes. Det finns ett stort antal olika koppar, t.ex. Ford, Zahn, Shell och Craftsman, och till och med olika nummer beroende på öppningens storlek och de olika viskositeter som de är kalibrerade för att mäta. Dessa är billiga och kan doppas i vätskan för att möjliggöra mätning vid användningstillfället.
• KAPILLÄRRÖR - En viss volym vätska placeras i ett U-format glasrör med två bulber. Tiden mäts efter hur lång tid det tar för vätskeprovet att passera från den ena bulben till den andra. Precis som koppviskosimetrar finns dessa i en mängd olika storlekar beroende på vilket viskositetsområde de är avsedda att mäta. De är populära i laboratoriemiljöer där mindre prover ska mätas.
• KONSISTOMETER - En sluttande bricka med markeringar längs med längden för att mäta hur långt en produkt rinner under en viss tid. En fjäderbelastad lucka nära toppen av tråget öppnas så att vätskan kan rinna ned över markeringarna. Dessa mätare är populära inom färg-, bläck- och livsmedelsindustrin eftersom de är lätta att rengöra och kan mäta konsistensen hos skjuvkänsliga vätskor. En nackdel är att de inte är en äkta viskosimeter och inte ger någon specifik kinematisk viskositetsenhet... kvantifierbar, ja, men inte direkt omvandlingsbar till traditionella viskositetsenheter. Av den anledningen används de ofta tillsammans med dynamiska viskosimetrar.

Dynamiska viskosimetrar

• FALLANDE BOLL eller FALLANDE KOLV - Dessa viskosimetrar fungerar enligt det fallande kul- eller kultestet som beskrivs ovan. Återigen är det tiden som mäts, genom att ta tid på hur lång tid det tar för den viktade kulan eller kolven att droppa genom vätskan när den flyter runt den. En liten nackdel är att dessa viskosimetrar inte kan användas på ogenomskinliga vätskor.

• ROTATIONELLA VISKOMETRAR - Dessa viskosimetrar använder en roterande spindel (kopp, stång, kon, platta etc.) för att "röra om" vätskeprovet och mäta den resulterande skjuvspänningen. Dessa är vanligtvis de dyraste viskosimetrarna på denna lista, men har den stora fördelen att de kan observera och kvantifiera den effekt som skjuvning har på vätskans viskositet (mer om detta senare). För vätskor med mycket hög viskositet (som i exemplet med jordnötssmöret ovan) är detta det bästa alternativet.

Men vad händer om man inte har tillgång till en viskosimeter? Det finns ett par olika metoder för att uppskatta en vätskas viskositet.

Hur man beräknar en vätskas viskositet

• JÄMFÖRELSEMETOD - Genom att hälla eller "skvätta" en vätska i en burk och jämföra dess flöde med en annan vätska med känd viskositet kan du uppskatta om provvätskan är mer viskös, mindre viskös eller har ungefär samma viskositet som den kända jämförelsevätskan. Vanliga exempel som används för jämförelser inkluderar:

Det här är en ganska subjektiv metod och bara en mycket grov uppskattning av en vätskas viskositet, men beskrivningar som denna kan hjälpa till att bättre definiera en vätskas viskositet i stället för att använda vaga termer som "tjock" eller "tung".

THE PENCIL TEST - Pencil-testet, som utvecklats av Viking Pump, är en grov form av kinematisk viskosimeter. Den använder en vässad träpenna, en behållare med vätska som är tillräckligt djup för att sänka ner pennan till ett djup av 3" och en klocka eller timer.

DISCLAIMER: Den här metoden fungerar bäst för viskositeter mellan 100 och 7500 cSt. De bästa och mest exakta mätningarna görs med en viskosimeter, men i stället kan dessa metoder användas för att göra en uppskattning.

Oavsett vilken mätmetod som används är det viktigt att ta hänsyn till systemvariablerna och deras effekter innan en pump väljs och dimensioneras.

Systemvariabler och deras inverkan på viskositeten

Låt oss gå tillbaka till vårt köksexempel från tidigare. Alla som någon gång har värmt olja, sirap eller sås vet vilken effekt det har på viskositeten. Med mycket sällsynta undantag varierar en vätskas viskositet omvänt med temperaturen. Ju lägre temperatur, desto högre viskositet. Detta innebär att en vätskas viskositet vanligtvis inte är ett fast värde utan snarare ett intervall. Om vätskor förvaras inomhus och i temperaturkontrollerade miljöer minskar detta intervall, men det är fortfarande viktigt att tänka på vad som är högsta och lägsta viskositet för en pumpapplikation.

Temperaturhöjning genom uppvärmning kan också användas för att minska vätskans viskositet, vilket gör det möjligt att minska pumpens storlek, minska friktionsförlusterna i ledningarna och minska drivutrustningens storlek och energiförbrukning. Det kan också göra det möjligt att pumpa fasta ämnen som håller rumstemperatur, t.ex. choklad, vax och till och med asfalt.

En annan variabel att ta hänsyn till är skjuvning. För vissa vätskor har skjuvning ingen effekt. Dessa vätskor klassificeras som newtonska vätskor. Ett vanligt exempel är vatten. Om du mäter viskositeten hos vatten före och efter kraftig omrörning kommer du att upptäcka att viskositeten är densamma, oberoende av skjuvning.

För andra vätskor kan skjuvning ändra viskositeten. Dessa vätskor klassificeras som icke-newtonska vätskor. Ett vanligt exempel är ketchup, som är en icke-newtonsk, skjuvtunnande vätska. När ketchupen står stilla i flaskan beter den sig som en viskös vätska och är inte lätt att hälla ut. Men genom att skaka eller slå på flaskan tunns den ut och hälls lätt ut.

I ett pumpsystem uppstår skjuvning när vätskan rör sig genom rör, kopplingar och själva pumpen. Förståelse för skjuvning och dess effekter kan vara till hjälp vid val av pump, dimensionering och beräkning av energiförbrukning.

Viskositet och val av pump

Det är viktigt att komma ihåg att pumpar som är konstruerade för att hantera vatten och andra tunna vätskor inte är avsedda för att hantera trögflytande vätskor. I bästa fall är de ineffektiva när de hanterar viskösa vätskor. I värsta fall går de sönder katastrofalt, vilket leder till tätningsläckage och mekaniskt fel.

Som en tumregel beskrivs här de olika klasserna av pumpar och var de används inom olika viskositeter:

Även med denna guide är det viktigt att se till att pumpens konstruktion, tätning och tillhörande drivutrustning är lämpliga för det viskositetsområde som ska hanteras.