Mat rezistencën e brendshme ndaj stresit të prerjes

Viskoziteti dinamik (i quajtur edhe viskoziteti absolut) kuantifikon sa forcë nevojitet për të lëvizur një shtresë lëngu mbi një tjetër. Është vetia e brendshme e vetë lëngut, e pavarur nga dendësia. Vlerat më të larta nënkuptojnë më shumë rezistencë.

Formula: τ = μ × (du/dy) ku τ = stresi i prerjes, du/dy = gradienti i shpejtësisë

Njësitë: Pa·s (SI), poise (P), centipoise (cP). Uji @ 20°C = 1.002 cP

Viskoziteti dinamik i pjestuar me dendësinë

Viskoziteti kinematik mat sa shpejt rrjedh një lëng nën ndikimin e gravitetit. Ai merr parasysh si rezistencën e brendshme (viskozitetin dinamik) ashtu edhe masën për vëllim (dendësinë). Përdoret kur rrjedha e drejtuar nga graviteti është e rëndësishme, si kullimi i vajit ose derdhja e lëngut.

Formula: ν = μ / ρ ku μ = viskoziteti dinamik, ρ = dendësia

Njësitë: m²/s (SI), stokes (St), centistokes (cSt). Uji @ 20°C = 1.004 cSt

• μ (dinamik) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (dendësia) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Raporti: ν/μ ≈ 1.0 (uji është referenca)

• μ (dinamik) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (dendësia) = 850 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Shënim: Kinematika është 18% më e lartë se dinamika (për shkak të dendësisë më të ulët)

• μ (dinamik) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (dendësia) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Shënim: Shumë viskoz—1,400 herë më i trashë se uji

• μ (dinamik) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (dendësia) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Shënim: Dinamik i ulët, kinematik i lartë (gazet kanë dendësi të ulët)

Standardi ASTM D88, i përdorur gjerësisht në Amerikën e Veriut për produktet e naftës

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (e vlefshme për SUS > 32)

• Matur në temperatura specifike: 100°F (37.8°C) ose 210°F (98.9°C)
• Gama e zakonshme: 31-1000+ SUS
• Shembull: Vaji SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Varianti Saybolt Furol (SFS) për lëngje shumë viskoze: vrimë ×10 më e madhe

Standardi britanik IP 70, i zakonshëm në Mbretërinë e Bashkuar dhe ish-Commonwealth

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (e vlefshme për RW1 > 34)

• Matur në 70°F (21.1°C), 100°F, ose 140°F
• Varianti Redwood Nr. 2 për lëngje më të trasha
• Konvertimi: RW1 ≈ SUS × 1.15 (afërsisht)
• Kryesisht i zëvendësuar nga standardet ISO por ende referohet në specifikimet e vjetra

Standardi gjerman DIN 51560, i përdorur në Evropë dhe industrinë e naftës

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (e vlefshme për °E > 1.2)

• Matur në 20°C, 50°C, ose 100°C
• °E = 1.0 për ujin @ 20°C (sipas përkufizimit)
• Gama e zakonshme: 1.0-20°E
• Shembull: Nafta ≈ 3-5°E @ 20°C

Eksperimenti më i gjatë laboratorik në botë (që nga viti 1927) në Universitetin e Queensland tregon ziftin duke rrjedhur përmes një hinke. Duket si i ngurtë, por në të vërtetë është një lëng me viskozitet shumë të lartë—100 miliardë herë më viskoz se uji! Vetëm 9 pika kanë rënë në 94 vjet.

Lava bazaltike (viskozitet i ulët, 10-100 Pa·s) krijon shpërthime të buta të stilit havajan me lumenj rrjedhës. Lava riolitike (viskozitet i lartë, 100,000+ Pa·s) krijon shpërthime eksplozive të stilit të Malit St. Helens sepse gazrat nuk mund të shpëtojnë. Viskoziteti fjalë për fjalë formon malet vullkanike.

Gjaku është 3-4 herë më viskoz se uji (3-4 cP @ 37°C) për shkak të qelizave të kuqe të gjakut. Viskoziteti i lartë i gjakut rrit rrezikun e goditjes në tru/atakut në zemër. Aspirina me dozë të ulët redukton viskozitetin duke parandaluar grumbullimin e trombociteve. Testimi i viskozitetit të gjakut mund të parashikojë sëmundjet kardiovaskulare.

Ndryshe nga miti popullor, dritaret e vjetra nuk janë më të trasha në fund për shkak të rrjedhjes. Viskoziteti i xhamit në temperaturën e dhomës është 10²⁰ Pa·s (një trilion trilion herë më i lartë se ai i ujit). Do të duhej më shumë se mosha e universit që të rrjedhë 1 mm. Është një solid i vërtetë, jo një lëng i ngadaltë.

SAE 10W-30 do të thotë: 10W = viskoziteti i dimrit @ 0°F (rrjedhje në temperaturë të ulët), 30 = viskoziteti @ 212°F (mbrojtje në temperaturë pune). 'W' është për dimër (winter), jo për peshë (weight). Vajrat multigradë përdorin polimere që mbështillen kur është ftohtë (viskozitet i ulët) dhe zgjerohen kur është nxehtë (ruajnë viskozitetin).

Insektet e ujit shfrytëzojnë tensionin sipërfaqësor, por gjithashtu përfitojnë nga viskoziteti i ujit. Lëvizjet e këmbëve të tyre krijojnë vorbulla që shtyjnë kundër rezistencës viskoze, duke i shtyrë përpara. Në një lëng me viskozitet zero (teorik), ata nuk do të mund të lëviznin—do të rrëshqisnin pa tërheqje.

Isaac Newton përshkruan viskozitetin në Principia Mathematica. Fut konceptin e 'fërkimit të brendshëm' në lëngje.

Jean Poiseuille studion rrjedhjen e gjakut në kapilarë. Derivon Ligjin e Poiseuille që lidh shpejtësinë e rrjedhjes me viskozitetin.

George Stokes derivon ekuacionet për rrjedhjen viskoze. Vërteton marrëdhënien midis viskozitetit dinamik dhe kinematik.

Osborne Reynolds fut numrin e Reynolds. Lidh viskozitetin me regjimin e rrjedhjes (laminare vs. turbulente).

Viskozimetri Saybolt standardizohet në SHBA. Metoda e kupës së rrjedhjes bëhet standardi i industrisë së naftës.

Poise dhe stokes emërohen si njësi CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s bëhen standard.

Eksperimenti i pikës së ziftit fillon në Universitetin e Queensland. Ende vazhdon—eksperimenti më i gjatë laboratorik ndonjëherë.

SI adopton Pa·s dhe m²/s si njësi standarde. Centipoise (cP) dhe centistokes (cSt) mbeten të zakonshme.

ASTM D445 standardizon matjen e viskozitetit kinematik. Viskozimetri kapilar bëhet standardi i industrisë.

Viskozimetrat rrotullues mundësojnë matjen e lëngjeve jo-njutoniane. E rëndësishme për bojëra, polimere, ushqime.

Viskozimetrat dixhitalë automatizojnë matjen. Banjat me temperaturë të kontrolluar sigurojnë saktësi deri në ±0.01 cSt.

Zgjedhja e vajit të motorit, lëngut hidraulik dhe lubrifikimit të kushinetave:

• Gradat SAE: 10W-30 do të thotë 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (gamë viskoziteti kinematik)
• Gradat ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (viskoziteti kinematik @ 40°C në cSt)
• Zgjedhja e kushinetave: Shumë i hollë = konsumim, shumë i trashë = fërkim/nxehtësi
• Indeksi i Viskozitetit (VI): Mat ndjeshmërinë ndaj temperaturës (më i lartë = më mirë)
• Vajrat multigradë: Aditivët ruajnë viskozitetin nëpër temperatura të ndryshme
• Sistemet hidraulike: Zakonisht 32-68 cSt @ 40°C për performancë optimale

Specifikimet e viskozitetit për karburantin, naftën e papërpunuar dhe rafinimin:

• Naftë e rëndë: Matur në cSt @ 50°C (duhet të ngrohet për t'u pompuar)
• Naftë: 2-4.5 cSt @ 40°C (specifikimi EN 590)
• Klasifikimi i naftës së papërpunuar: E lehtë (<10 cSt), mesatare, e rëndë (>50 cSt)
• Rrjedha në tubacione: Viskoziteti përcakton kërkesat për fuqinë e pompimit
• Gradat e karburantit të anijeve: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Procesi i rafinimit: Thyerja e viskozitetit redukton fraksionet e rënda

Kontrolli i cilësisë dhe optimizimi i proceseve:

• Klasifikimi i mjaltit: 2,000-10,000 cP @ 20°C (në varësi të lagështisë)
• Konsistenca e shurupit: Shurup panje 150-200 cP, shurup misri 2,000+ cP
• Produktet e qumështit: Viskoziteti i kremit ndikon në teksturën dhe ndjesinë në gojë
• Çokollata: 10,000-20,000 cP @ 40°C (procesi i temperimit)
• Karbonizimi i pijeve: Viskoziteti ndikon në formimin e flluskave
• Vaji i gatimit: 50-100 cP @ 20°C (pika e tymit lidhet me viskozitetin)

Bojëra, ngjitës, polimere dhe kontrolli i proceseve:

• Viskoziteti i bojës: 70-100 KU (njësi Krebs) për konsistencën e aplikimit
• Veshje me spërkatje: Zakonisht 20-50 cP (shumë i trashë bllokon, shumë i hollë rrjedh)
• Ngjitësit: 500-50,000 cP në varësi të metodës së aplikimit
• Shkrirjet e polimereve: 100-100,000 Pa·s (ekstrudim/formim)
• Bojërat e shtypit: 50-150 cP për fleksografi, 1-5 P për ofset
• Kontrolli i cilësisë: Viskoziteti tregon konsistencën e serisë dhe jetëgjatësinë

Viskoziteti dinamik (Pa·s, poise) mat rezistencën e brendshme të lëngut ndaj prerjes—'trashësinë' e tij absolute. Viskoziteti kinematik (m²/s, stokes) është viskoziteti dinamik i pjestuar me dendësinë—sa shpejt rrjedh nën gravitet. Ju duhet dendësia për të konvertuar midis tyre: ν = μ/ρ. Mendojeni kështu: mjalti ka viskozitet të lartë dinamik (është i trashë), por edhe merkuri ka viskozitet të lartë kinematik pavarësisht se është 'i hollë' (sepse është shumë i dendur).

Jo pa e ditur dendësinë e lëngut në temperaturën e matjes. Për ujin afër 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (sepse dendësia e ujit është ≈ 1 g/cm³). Por për vajin e motorit (dendësia ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Konvertuesi ynë bllokon konvertimet ndër-llojesh për të parandaluar gabimet. Përdorni këtë formulë: cSt = cP / (dendësia në g/cm³).

Gradat e viskozitetit SAE specifikojnë gamat e viskozitetit kinematik. '10W' do të thotë se plotëson kërkesat e rrjedhjes në temperaturë të ulët (W = winter, testuar në 0°F). '30' do të thotë se plotëson kërkesat e viskozitetit në temperaturë të lartë (testuar në 212°F). Vajrat multigradë (si 10W-30) përdorin aditivë për të ruajtur viskozitetin nëpër temperatura të ndryshme, ndryshe nga vajrat me një gradë (SAE 30) që hollohen në mënyrë dramatike kur nxehen.

Sekondat Universale Saybolt (SUS) masin sa kohë i duhen 60mL lëngu të rrjedhë përmes një vrime të kalibruar. Formula empirike është: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (për SUS > 32). Për shembull, 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS ende përdoret në specifikimet e naftës pavarësisht se është një metodë më e vjetër. Laboratorët modernë përdorin viskozimetra kinematikë që masin drejtpërdrejt cSt sipas ASTM D445.

Temperatura më e lartë u jep molekulave më shumë energji kinetike, duke i lejuar ato të rrëshqasin më lehtë mbi njëra-tjetrën. Për lëngjet, viskoziteti zakonisht bie 2-10% për °C. Vaji i motorit në 20°C mund të jetë 200 cP, por vetëm 15 cP në 100°C (një ulje 13-fish!). Indeksi i Viskozitetit (VI) mat këtë ndjeshmëri ndaj temperaturës: vajrat me VI të lartë (100+) ruajnë më mirë viskozitetin, vajrat me VI të ulët (<50) hollohen në mënyrë dramatike kur nxehen.

Shumica e sistemeve hidraulike funksionojnë më së miri në 25-50 cSt @ 40°C. Shumë i ulët (<10 cSt) shkakton rrjedhje të brendshme dhe konsumim. Shumë i lartë (>100 cSt) shkakton përgjigje të ngadaltë, konsum të lartë të energjisë dhe grumbullim të nxehtësisë. Kontrolloni specifikimet e prodhuesit të pompës suaj—pompat me fletë preferojnë 25-35 cSt, pompat me piston tolerojnë 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) është vaji hidraulik më i zakonshëm për qëllime të përgjithshme.

Nuk ka një maksimum teorik, por matjet praktike bëhen të vështira mbi 1 milion cP (1000 Pa·s). Bitumi/zifti mund të arrijë 100 miliardë Pa·s. Disa shkrirje polimeresh tejkalojnë 1 milion Pa·s. Në viskozitete ekstreme, kufiri midis lëngut dhe solidit bëhet i paqartë—këto materiale shfaqin si rrjedhje viskoze (si lëngjet) ashtu edhe rikuperim elastik (si solidet), që quhet viskoelasticitet.

Poise nderon Jean Léonard Marie Poiseuille (vitet 1840), i cili studioi rrjedhjen e gjakut në kapilarë. Stokes nderon George Gabriel Stokes (vitet 1850), i cili derivon ekuacionet për rrjedhjen viskoze dhe vërtetoi marrëdhënien midis viskozitetit dinamik dhe kinematik. Një reyn (paund-forcë sekondë për inç katror) është emëruar sipas Osbourne Reynolds (vitet 1880), i famshëm për numrin e Reynolds në dinamikën e lëngjeve.