Oceny jakości smarów - wg. Totala

Oceny jakości smarów - wg. Totala, Oleje i smary

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Rozdział IV: Podstawowe metody oceny jakości...
Rozdział IV
PODSTAWOWE METODY
OCENY JAKOŚCI
PRZEMYSŁOWYCH ŚRODKÓW
SMARNYCH I ICH ZNACZENIE
EKSPLOATACYJNE
4.1. Gęstość
Czasami jest stosowane pojęcie gęstości względnej. Jest to sto-
sunek gęstości substancji w określonej temperaturze do gęstości
wzorca. Jako wzorzec najczęściej jest stosowana woda w tempe-
raturze 4°C, 15°C lub 20°C, a w niektórych krajach anglosaskich
w temperaturze 60°F.
Symbolem gęstości względnej jest
ρ
, z indeksami: górnym
oznaczającym temperaturę pomiaru gęstości dla badanej sub-
stancji oraz dolnym oznaczającym temperaturę odniesienia dla
substancji wzorcowej, najczęściej wody w temperaturze 4°C.
Operacje magazynowania, transportu i dystrybucji paliw płyn-
nych, olejów i innych cieczy eksploatacyjnych, wymagają rozliczeń
materiałowych wykonywanych w jednostkach masy (kg, tony, itp.)
lub objętości (litry, m
3
itp.). Obrót paliwami płynnymi i rozpuszczal-
nikami często jest dokonywany w jednostkach masy, podczas gdy
pomiar ilości produktu do celów formalnych i inansowych wyko-
nywany w jednostkach objętości. Przy masowym obrocie produk-
tami, brak umiejętności wzajemnego przeliczania jednostek masy
i objętości może być źródłem poważnych strat lub nieuzasadnio-
nych zysków. W skrajnych przypadkach błąd pomiaru może docho-
dzić do 1,5% wartości rzeczywistej. W przypadku olejów i innych
cieczy roboczych najczęściej stosowanymi w obrocie jednostkami
są litry, podczas gdy pomiar jest najczęściej wykonywany w kilo-
gramach. Wielkością pozwalającą na wzajemne przeliczanie masy
i objętości jest gęstość.
Gęstość jest także wielkością charakteryzującą jakość niektó-
rych cieczy eksploatacyjnych i pozwalającą na odróżnienie po-
szczególnych gatunków tych cieczy, a niekiedy nawet ustalenie,
z jakiego zakładu produkcyjnego pochodzą.
Między gęstością i gęstością względną jest zależność (4.2):
ρ
t
ρ
t
t1w
=
ρ
t1w
(4.2)
gdzie:
ρ
t
– gęstość produktu w temperaturze
t
,
ρ
t1w
– gęstość wzorca w temperaturze
t
1
,
przy czym
t
i
t
1
mogą ale nie muszą byś sobie równe.
Gęstość względna jest wielkością bezwymiarową.
4.1.1 Pojęcie gęstości
Zdarza się, że w dokumentacji produktów naftowych jest sto-
sowane pojęcie ciężaru właściwego, oznaczanego symbolem
γ.
Jest to ciężar jednostki objętości substancji. Jest on wyrażany jako
stosunek ciężaru ciała
G
do jego objętości
V
, wg wzoru (4.3):
Gęstość jest jedną z podstawowych cech materii, jest ona dei-
niowana następująco:
Gęstość (masa właściwa)
– jest to masa jednostki objętości
ciała, lub stosunek masy ciała do jego objętości.
G
γ =
(4.3)
Z deinicji tej wynika, że gęstość –
ρ
, może być wyrażona jako
stosunek masy ciała –
m
, do jego objętości –
V
, mierzonych w tej
samej temperaturze, co wyraża wzór (4.1).
Analogicznie jak w przypadku gęstości względnej, istnieje poję-
cie względnego ciężaru właściwego. Między względnym ciężarem
właściwym a gęstością względną, w tych samych temperaturach
odniesienia istnieje zależność (4.4):
m
ρ
=
(4.1)
γ
t
tw
=
ρ
t
tw
(4.4)
Obowiązującą jednostką gęstości, w układzie SI, jest kilogram
na metr sześcienny [kg/m
3
], a także tona na metr sześcienny [t/m
3
].
W praktyce także jeszcze jest stosowana jednostka CGS [g/cm
3
] lub
[g/ml], a także [kg/dm
3
] lub [kg/l].
Pojęcie ciężaru właściwego współcześnie nie jest używane.
W Stanach Zjednoczonych i niektórych innych krajach gęstość
często jest wyrażana w umownych jednostkach – stustopniowej
skali American Petroleum Institute (
°API
). Zależność miedzy gęsto-
ścią wyrażaną w stopniach
API
i gęstością względną, jest wyrażana
wzorem (4.5):
W Polsce obowiązującą jednostką gęstości jest [kg/m
3
], a do-
puszczalnymi tona na metr sześcienny [t/m
3
] oraz kilogram na
litr [kg/l] .
141,5
°API
=
–
131,5
Aktualnie podstawową temperaturą, dla której podaje się gę-
stość produktów naftowych jest 15°C.
(4.5)
γ
60 F
60 F
IV
1
V
V
 4.1.2 Zależność gęstości od temperatury
Gęstość ciała jest zależna od ciśnienia i temperatury. Wraz ze
wzrostem ciśnienia gęstość ciał wzrasta. Zależność ta jest szcze-
gólnie istotna w przypadku gazów. W przypadku olejów, paliw
płynnych i innych cieczy eksploatacyjnych może być pominięta,
natomiast może mieć istotne znaczenie w przypadku cieczy hy-
draulicznych.
Duże znaczenie praktyczne ma zależność gęstości od tempera-
tury. W pierwszym przybliżeniu, przy niewielkich zmianach tempe-
ratury, można przyjąć, że zmiana objętości cieczy
∆V
jest zależna
od zmiany temperatury według wzoru (4.6):
∆V
=
V
.
α
.
∆T
(4.6)
Zakładając, że średni temperaturowy współczynnik zmian gęstości
„
α
” dla olejów mineralnych ma wartość (4.7):
α
= 0,007
na
1°C
(4.7)
na podstawie wzoru (4.6), po odpowiednich przekształceniach
matematycznych, otrzymuje się wzór (4.8), pozwalający na przybli-
żone obliczenie gęstości w dowolnej temperaturze
t
(zbliżonej do
temperatury 15°C).
1
ρ
15
= ρ
t
Rys. 4.2 Zależność gęstości od temperatury produktów naftowych o różnej gęstości
1 + α
.
(t –15)
(4.8)
Przykładową zależność gęstości wybranych cieczy od tempera-
tury przedstawiono na rys. 4.1.
Wzajemne przeliczanie masy na objętość oraz gęstości w róż-
nych temperaturach, dla celów formalnych i inansowych powinno
być wykonywane metodami znormalizowanymi, zgodnie z PN-ISO
91-1
1
oraz PN-ISO 91-2
2
wg specjalnych tabel ASTM D 1250
3
. Istnie-
ją również odpowiednie komputerowe programy przeliczeniowe.
Zależność gęstości od temperatury dla przetworów naftowych
o różnej gęstości przedstawiono na rys. 4.2.
gdzie:
ρ
15
– gęstość w temperaturze 15°C,
ρ
t
– gęstość w temperaturze t, °C,
α
– współczynnik temperaturowych zmian gęstości,
t
– temperatura pomiaru gęstości, °C.
Współczynnik temperaturowych zmian gęstości
α
dla różnych
cieczy jest na ogół różny.
Ponieważ gęstość zależy od temperatury, przy symbolu gęstości
podawana jest temperatura jej pomiaru (
t
), np. (
ρ
t
), Przykładowo
gęstość w temperaturze 15°C jest oznaczana jako
ρ
15
, a w tempe-
raturze 20°C jako
ρ
20
. Temperatura może być wyrażana w różnych
innych jednostkach, np.: stopniach Fahrenheita (
°F = deg F
), Kelvi-
nach (
K
).
Aktualnie podstawową temperaturą, dla której podaje się gę-
stość produktów naftowych jest 15°C.
4.1.3 Zależność gęstości od ciśnienia
Ściśliwość czystych cieczy: paliw, rozpuszczalników, olejów
mineralnych i syntetycznych jest niewielka, jednakże nie można
jej pominąć w zastosowaniach przy wysokich ciśnieniach. Jeżeli
ciecz znajduje się pod działaniem ciśnienia w stałej temperaturze,
zmniejszanie objętości jest związane ze wzrostem ciśnienia według
zależności (4.9):
∆V
=
V
0
À
∆p
(4.9)
gdzie:
À
(kappa) jest współczynnikiem ściśliwości,
charakterystycznym dla każdego rodzaju cieczy. Dla
niektórych cieczy wartości
À
są stabelaryzowane. Po
odpowiednich przekształceniach otrzymujemy zależ-
ność (4.10), pozwalającą na obliczenie gęstości pod
dowolnym ciśnieniem:
ρ
15
ρ
=
(4.10)
Zależność gęstości od ciśnienia innego niż atmosfe-
ryczne dla cieczy hydraulicznych w temperaturach 15, 50
i 100°C, przedstawiono na rys. 4.3.
Rys. 4.1 Zależność gęstości niektórych związków chemicznych i produktów nafto-
wych od temperatury
1 – glikol etylenowy, 2 – woda, 3 – eter monoetylowy glikolu etylenowego, 4 – ben-
zen, 5 – metanol, 6 – etanol, 7 – cykloheksan, 8 – izooktan (2,2,4 – trimetylopen-
tan), 9 – n – heksan, 10 – n – pentan, 11 – n – butan, 12 – n – propan
1
PN-ISO 91-1: 1999 Tablice przeliczeniowe dla przetworów naftowych
– Tablice oparte na temperaturach odniesienia 15°C i 60°F.
2
PN-ISO 91-2: 1999 Tablice przeliczeniowe dla przetworów naftowych
– Tablice oparte na temperaturze odniesienia 20°C.
3
ASTM D 1250- Petroleum Measurement Tables.
2
IV
1
–
À
∆p
Rozdział IV: Podstawowe metody oceny jakości...
W przypadku pomiaru gęstości produktów naftowych
o dużej lepkości (powyżej 200 mm
2
/s w temp. 40°C), pro-
dukt należy uprzednio rozcieńczyć naftą o znanej gęsto-
ści w temp. 20°C, w stosunku objętościowym 1 : 1 i zmie-
rzyć gęstość otrzymanego roztworu. Wynik zredukować
do temperatury 20°C zgodnie z wzorem (4.11).
4
= ρ
t
4
+
α
(t – 20)
(4.11)
α
– współczynnik jak we wzorze 4.7.
Gęstość produktu obliczyć wg wzoru (4.12):
ρ
20
= 2ρ
1
– ρ
2
(4.12)
gdzie:
ρ
1
– gęstość roztworu badanego produktu w nafcie,
w temp. 20°C,
ρ
2
– gęstość nafty w temp. 20°C.
Rys. 4.3 Zależność gęstości cieczy hydraulicznych od ciśnienia,
dla różnych temperatur
Dla metody z aerometrem błąd pomiaru produktów ciemnych wy-
nosi 0,0015, a jasnych 0,001.
4.1.4 Pomiar gęstości
Pomiar gęstości może być wykonywany wieloma przyrząda-
mi. Najprostszym sposobem jest pomiar przy użyciu areometru,
z jednoczesnym pomiarem temperatury lub częściej odmianą
areometru z wbudowanym termometrem tzw. termoareometrem.
Budowę areometru i termoareometru przedstawia rys. 4.4. Naj-
częściej są stosowane termoareometry o najmniejszej podziałce
0,0005 lub 0,001 g/ml.
Większą dokładność pomiaru można uzyskać stosując pikno-
metr. Istnieją piknometry o różnej konstrukcji (rys. 4.6) i różnej ob-
jętości: 10 … 50 cm
3
. Pomiar gęstości przetworów naftowych przy
użyciu piknometru powinien być wykonywany w laboratorium
wyposażonym w wagi analityczne i termostaty. Z tych względów
technika ta nie znalazła szerszego zastosowania w warunkach ob-
rotu produktami naftowymi. Jest natomiast stosowana do rozstrzy-
gnięć arbitrażowych lub w pracach badawczych.
Zasada pomiaru gęstości
areometrem polega na wlaniu
badanej cieczy do szklanego
cylindra, włożeniu do cieczy are-
ometru i odczytaniu, do jakiego
poziomu zanurzy się jego nóżka.
Gęstość płynu eksploatacyjnego
odczytuje się na skali termoare-
ometru; dla produktów jasnych
(np. paliwa płynne) na poziomie
cieczy (rys. 4.5A, dla produktów
ciemnych (np. oleje) na wysoko-
ści, do której ciecz zwilża nóżkę
areometru (rys. 4.5B).
Rys. 4.6 Różne typy piknometrów
A – Wardena, B – z korkiem kapilarnym, C – Hubbarda
Rys. 4.4 Termoareometr (A) i areometr (B)
1 – skala gęstości, 2 – skala temperatury,
3 – obciążnik, 4 – zbiornik rtęci termometru
Zasada metody z użyciem piknometru polega na pomiarze
stosunku masy badanego produktu wprowadzonego do pikno-
metru, do masy wody o tej samej objętości, w tej samej tempe-
raturze. Pomiar gęstości polega na zważeniu pustego piknometru
(m
1
), piknometru z wodą (m
3
), a następnie piknometru
napełnionego badanym produktem (m
2
). Wszystkie po-
miary powinny być wykonane w tej samej temperaturze.
Gęstość produktu w temperaturze badania t może być
obliczona na podstawie wzoru (4.13):
(m
1
– m
2
) ρ
t H
2
0
ρ
= +
C
(4.13)
gdzie:
Rys. 4.5 Sposób odczytu gęstości produktów przy użyciu areometru
A – dla produktów jasnych, B – dla produktów ciemnych
ρ
t H
2
0
– gęstość wody w temperaturze badania (odczy-
tywana z tabel),
C
– poprawka na ciśnienie atmosferyczne (odczyty-
wana z tabel).
IV
3
ρ
20
m
3
Pomiar gęstości może być również wykonywany metodami
automatycznymi poprzez stosowanie tzw. piknometru z oscylującą
u-rurką.
Coraz szersze zastosowanie do pomiaru gęstości zyskują
mierniki elektroniczne z wyświetlaczem cyfrowym do pomiarów
stacjonarnych oraz w przepływie. Pozwalają one na szybki pomiar
gęstości z jednoczesnym zredukowaniem wyniku do zadanych wa-
runków temperaturowych. Pomiar przy użyciu przyrządu stacjo-
narnego polega na wprowadzeniu do badanej cieczy ssącej rurki
przyrządu, zassaniu cieczy lub wlaniu do specjalnego zbiorniczka
i odczycie skorygowanego wyniku.
Gęstość cieczy w zbiorniku w jego poszczególnych warstwach
może nie być jednakowa. Przyczynami tego zjawiska mogą być:
q różnice gęstości poszczególnych partii produktu wlewanego
kolejno do zbiornika strumieniem laminarnym, bez dokładnego
wymieszania,
q różnice temperatury poszczególnych warstw produktu, powsta-
jące w wyniku nagrzewania lub schładzania określonych części
zbiornika lub wlewania do zbiornika kolejnych partii tego same-
go produktu, posiadającego różną temperaturę.
wanym w temperaturze 20°C na gęstość mierzoną areometrem
kalibrowanym w temperaturze15°C. Do tych celów jest stosowany
wzór (4.16) służący do obliczania poprawek odczytów areometrów
wykonanych ze szkła sodowo-wapniowego, kalibrowanych w tem-
peraturze innej niż 15°C.
ρ
t
1 – 23
.
10
–6
(
t
– 15) – 2
.
10
–8
(
t
– 15)
2
(4.16)
gdzie:
ρ
15
– gęstość w temperaturze 15°C;
t
– temperatura w stopniach Celsjusza, w jakiej wykonano ozna-
czenie;
ρ
t
– odczyt areometru w temperaturze t.
Po zastosowaniu obliczonej w ten sposób poprawki, do odczytu
areometru kalibrowanego w temperaturze 20°C uzyskuje się wynik
z tego areometru skorygowany na wskazania areometru kalibro-
wanego w 15°C.
W niektórych przypadkach zachodzi konieczność obliczenia
ciężaru produktu (W) w powietrzu. Przeliczenie należy wykonać we-
dług wzoru (4.17), przytoczonego za DIN 51 757, z którego wynika,
że od gęstości w temperaturze 15°C należy odjąć liczbę 1,1:
Oczywiste jest, że niezależnie od przyczyny, warstwa produktu
o większej gęstości znajduje się bliżej dna zbiornika.
Aby zmniejszyć błąd pomiaru średniej gęstości produktu, należy
do pomiaru pobrać średnią próbkę, z całego słupa produktu. Pobra-
nie próbki z warstwy górnej może być powodem, że pomiar gęstości
da wynik mniejszy od wartości średniej dla całego produktu zawar-
tego w zbiorniku, a tym samym zmierzona ilość produktu zostanie
oceniona jako mniejsza niż w rzeczywistości i odwrotnie, pobranie
próbki z warstwy dennej w wyniku zawyżenia gęstości da pomiar
ilości produktu zawyżony w stosunku do rzeczywistej ilości.
W = V
.
(ρ – 1,1)
(4.17)
We wzorze tym
ρ
jest wyrażone w kg/m
3
, a
V
w m
3
.
Pojęcie ciężaru w powietrzu ściśle wiąże się z prawem Archime-
desa: „Ciało zanurzone w cieczy traci pozornie na wadze tyle, ile
wynosi ciężar cieczy wypartej przez to ciało”. Ponieważ produkt jest
zanurzony w powietrzu traci on pozornie na ciężarze tyle ile waży
powietrze o objętości równej objętości produktu, stąd wzór (4.17).
Na tej podstawie masa produktu uzyskana z mnożenia objętości
przez gęstość będzie zawsze większa od masy produktu uzyskanej
w operacji bezpośredniego ważenia. Rozbieżność ta ma znaczenie
praktyczne wtedy, gdy część operacji przeładunkowych jest wyko-
nywana objętościowo (załadunek zbiornikowca) i potem ma miej-
sce przeliczanie na masę, a część operacji przeładunkowych jest
wykonywana poprzez ważenie (cysterny kolejowe).
4.1.5 Przeliczanie masy na objętość
Jak wynika ze wzoru (4.1), mierząc gęstość produktu (
ρ
) i jego
objętość (
V
) można obliczyć jego masę (wzór 4.14), a znając gę-
stość (
ρ
) oraz masę (
m
) można obliczyć objętość, na podstawie
wzoru (4.15):
m
=
ρ
.
V
(4.14)
m
V
=
(4.15)
4.2 Charakterystyki reologiczne
Większość wymagań na przetwory naftowe, przy pomiarze gę-
stości wymienia normę EN-ISO 3675 (PN-EN ISO 3675) lub EN-ISO
12185 (PN-EN ISO 12185). Według tych norm jako standardowe
temperatury odniesienia przyjmuje się 15°C lub 20°C, natomiast
pomiary są dokonywane w dowolnej temperaturze. W zależności
od tego, w jakiej temperaturze był kalibrowany areometr, odczyty
jego można przeliczyć odpowiednio na gęstość w 15°C lub 20°C.
W tym celu norma PN-ISO 3675 wymaga stosowania tabel przeli-
czeniowych, ISO 91-1 (PN-ISO 91-1) dla temperatury 15°C i ISO 91-2
(PN-ISO 91-2) dla temperatury 20°C.
Normy ISO 91-1 i 91-2 powołują tabele zawarte w ASTM D 1250.
Tabele te zostały opracowane przez API, ASTM oraz IP (dalej tabele
API-ASTM-IP). Pozwalają one na przeliczenia gęstości, objętości
i masy ropy naftowej oraz przetworów naftowych, z różnych tem-
peratur na temperatury standardowe. Tabele te powinny być stoso-
wane do legalizowanych pomiarów paliw, ropy naftowej oraz innych
produktów naftowych. Dokładne oznaczenie gęstości lub gęstości
względnej ropy naftowej i jej przetworów jest konieczne do prze-
liczeń objętości zmierzonej, na objętość w temperaturze 15°C lub
20°C, a także do przeliczania objętości na masę i odwrotnie.
W wielu przypadkach areometry są kalibrowane w tempe-
raturze 20°C, podczas gdy objętość produktów naftowych jest
podawana w temperaturze 15°C. W takich przypadkach zachodzi
konieczność przeliczania gęstości zmierzonej areometrem kalibro-
W przypadku cieczy eksploatacyjnych, charakterystyki reolo-
giczne obejmują kilka podstawowych parametrów, do których
zalicza się:
q lepkość dynamiczną,
q lepkość kinematyczną,
q lepkość względną.
Lepkość jest to parametr charakteryzujący opory przepływu,
jakie stawia płyn (ciecz lub gaz) podczas przemieszczania się.
Lepkość określa wewnętrzne tarcie płynu i jest odpowiednikiem
współczynnika tarcia, występującego w przypadku wzajemnego
przemieszczania się ciał stałych. Opory ruchu płynu zależą od struk-
tury jego cząsteczek i są bezpośrednio odpowiedzialne za wielkość
sił, jakie muszą być przyłożone aby wymusić przepływ.
Do charakterystyk reologicznych zalicza się również wskaźnik
lepkości (indeks wiskozowy), oznaczany akronimem
VI
.
Lepkość cieczy jest funkcją temperatury, maleje wraz z jej wzro-
stem. Dla olejów smarnych i cieczy eksploatacyjnych zjawisko to
ma duże znaczenie. Dla każdego układu technicznego istnieje
optymalny zakres lepkości cieczy stosowanych jako substancje
smarujące, ciecze hydrauliczne lub inne ciecze eksploatacyjne.
Zwiększenie lepkości przy obniżaniu temperatury powoduje
zwiększenie strat energii na pokonywanie oporów tarcia. W skraj-
nych przypadkach, zwiększenie lepkości cieczy smarującej może
uniemożliwić działanie maszyny lub prowadzić do zniszczenia nie-
4
IV
ρ
15
=
ρ
 Rozdział IV: Podstawowe metody oceny jakości...
których jej części. Zmniejszenie lepkości, towarzyszące wzrostowi
temperatury cieczy smarującej, może spowodować jej wyciek spo-
między smarowanych elementów, a w konsekwencji zwiększenie
zużycia współpracujących powierzchni, a nawet zatarcie.
cieczy, wymaga siły
F
. Współczynnik proporcjonalności
η
, pomię-
dzy naprężeniem stycznym
F/S
a gradientem prędkości
dv/dx
,
określa się jako lepkość dynamiczną cieczy. Zależność tę wyraża
wzór Newtona (4.18):
4.2.1 Lepkość dynamiczna
F
dv
=
η
.
(4.18)
S dx
Każde ciało izyczne pod wpływem działania sił ulega deforma-
cji. Przykładami tego zjawiska mogą być: zgięcie pręta, rozciąganie
gumy, fale na powierzchni cieczy, wiatr itp. W przypadku cieczy,
deformacja wywołana działaniem sił jest zależna od:
q wielkości przyłożonej siły,
q wielkości wzajemnie przemieszczających się powierzchni,
q oporu tarcia wewnętrznego.
W przypadku płynów deformacja zależy również od rodzaju
wywołanego ruchu. Przyłożona siła wywołuje przepływ płynu.
Wyróżnia się dwa rodzaje przepływu:
q laminarny, mający miejsce wówczas, gdy warstewki płynu prze-
suwają się po sobie równolegle, bez zawirowań, gwałtownych
zmian kierunku, pulsacji itp. (rys. 4.7),
q burzliwy (turbulentny), mający miejsce wówczas, gdy podczas
ruchu płynu następują zawirowania (rys.4.8).
Załóżmy, że mamy do czynienia z przepływem laminarnym,
którego model przedstawia rys. 4.9. Dwie warstwy cieczy o po-
wierzchni
S
, odległe od siebie o
dx
, poruszają się jedna z prędko-
ścią
v
, druga z prędkością
v+dv
. Przemieszczanie względem siebie
dwóch warstw cieczy, w celu przezwyciężenia oporów stycznych
Przy założeniu liniowej zależności między prędkością przepływu
v
i odległością między warstwami
x
, przekształcając odpowiednio
wzór (4.18), otrzymuje się wzór (4.19) na lepkość dynamiczną
η
:
F x
η
= .
(4.19)
Wielkość
F/S
(siła na powierzchnię) jest wyrażana w jednostkach
ciśnienia – paskalach [Pa], a wielkość
x/v
(odległość do prędkości)
w jednostkach czasu – sekundach [s]. Stąd, jednostką lepkości
dynamicznej jest paskalosekunda [Pa
.
s]. W praktyce jest używana
jednostka 1000 razy mniejsza – milipaskalosekunda [mPa
.
s].
W starszych opracowaniach, w stosowanym wówczas układzie
jednostek CGS, jako jednostkę lepkości dynamicznej stosowano
puaz [P] lub jednostkę 100 razy mniejszą – centipuaz [cP]. Między
jednostkami układu CGS, a stosowanymi obecnie jednostkami
układu SI, istnieją zależności wyrażane wzorami (4.20) i (4.21):
1 P = 0,1 Pa
.
s
(4.20)
1 cP = 1 mPa
.
s
(4.21)
Dla zobrazowania jednostki lepkości dynamicznej warto zapa-
miętać, że woda w temperaturze 20,2°C ma lepkość dynamiczną
1 mPa
.
s, a lepkość dynamiczna oleju silnikowego, klasy lepkościo-
wej SAE 15W/40, w temperaturze 15°C, wynosi około 3500 mPa
.
s.
Odwrotność lepkości dynamicznej nazywa się płynnością
Φ
i jest wyrażana wzorem (4.22):
1
Φ =
(4.22)
Rys. 4.7 Model laminarnego ruchu cieczy
Do równania (4.18) stosują się wszystkie gazy, natomiast nie
wszystkie ciecze. Ciecze, które stosują się do tego równania, są
nazywane cieczami newtonowskimi. Dla cieczy newtonowskich
lepkość dynamiczna jest właściwością zależną tylko od ich wła-
ściwości izycznych i stanu termodynamicznego, tzn. jest funkcją
temperatury i ciśnienia (4.23):
η =
¦
(T, p)
(4.23)
Rys. 4.8 Model burzliwego (turbulentnego) ruchu cieczy
Do cieczy newtonowskich należy większość substancji w stanie
ciekłym, a w szczególności ciecze, mające małe cząsteczki i miesza-
niny takich cieczy oraz roztwory ciał stałych, o małych cząstecz-
kach, w cieczach newtonowskich.
Ciecze, których lepkość dynamiczna jest związana z istnieniem
nadcząsteczkowej, przestrzennej struktury i jest uzależniona od
prędkości ścinania, są nazywane cieczami nienewtonowskimi. Lep-
kość tych cieczy jest nazywana lepkością strukturalną.
Charakter zależności zmian gradientu prędkości od naprężenia
ścinającego (krzywe płynięcia cieczy) dla poszczególnych typów
cieczy, przedstawiono na rys. 4.10. Rys. 4.10A przedstawia tę zależ-
ność dla cieczy newtonowskich.
Rys. 4.9 Model laminarnego ruchu cieczy – deinicja jednostki lepkości
dynamicznej
Zależnie od charakteru zmian gradientu prędkości
dv/dx
,
od naprężenia ścinającego
τ
, ciecze nienewtonowskie są dzie-
lone na:
IV
5
S v
η
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

happyhour.opx.pl