Akmazlık

3,483 views

Published on

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
3,483
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
4
Actions
Shares
0
Downloads
84
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Akmazlık

  1. 1. Viskozite - AkmazlıkProf.Dr. İbrahim USLU Prof.Dr. İbrahim USLU
  2. 2. Viskozite - Akmazlık• Akmazlık değeri daha yüksek olan mor sıvı ve düşük akmazlık değeri olan gri sıvı.• En basit tanımıyla viskozite; bir sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç olarak açıklanabilir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  3. 3. Viskozite• Viskozite, bir sıvının iç sürtünmesi olarak tanımlanır.• Sıvı molekülleri birbiri üzerinde kayarlar ve birbirlerine göre bağıl hız kazanmalarını engellemeğe çalışırlar.• Dolayısıyla moleküller arasında bir sürtünme söz konusu olur.• Sürtünme azalınca sıvıların akma kabiliyeti artar, yani viskoziteleri azalır.Viskoz akıma karşı engel= 0 derece) Engel= 22 derece) Engel= 45 derece) Prof.Dr. İbrahim USLU
  4. 4. Laminer Akış• Akışkanlar düşük hızlarda karışma olayı göstermezler, tabakalar oyun kartları gibi birbiri üzerinde kayarak hareket eder. Bu tip akış mekanizmasına "laminer akış" denir.• Tabanla sıvı yüzeyi arasında oluşan toplam sürtünme kuvveti Fw, plaka yüzeyi A, hız farkı v ve sıvının derinliği y ise, Newtona göre, Prof.Dr. İbrahim USLU
  5. 5. Laminer Akış• Düşük hızla akan bir sıvıda her molekül bulunduğu düzlemi akış süresince hiç değiştirmemekte ve sanki sıvı moleküllerinden oluşan düzlemler birbiri üzerinden farklı hızlarda akış yönüne doğru kaymaktadırlar.• Bu tür akımlara laminer akım, tabakalı akım veya viskoz akım denir Prof.Dr. İbrahim USLU
  6. 6. Laminer akım – Turbulans Akım• Laminer Akış, düşük hızlarda akım çizgisi halindedir, fakat hız kritik bir değerin üstüne çıktığında karmaşık bir hal alır. Bu durumdaki akışa laminer akış denir. Düzgün akım çizgileri ve çok düzenli hareket ile tanınır.• Türbülanslı akışta hız çalkantılı ve düzensiz hareket eder.• Laminerden türbülanslı akışa geçiş aniden olmaz.• Daha çok, akış tamamen türbülanslı oluncaya kadar laminer ve türbülanslı akış arasında gider gelir.• Uygulamada karşılaşılan çoğu akışlar türbülanslıdır.• Yağ gibi yüksek viskoziteli akışkanların küçük borularda veya dar geçitlerde aktığı hallerde laminer akış ile karşılaşılır. Prof.Dr. İbrahim USLU
  7. 7. Laminer – Türbulanslı Akış• Sıvının akış hızının çok büyük olmadığı durumlarda laminer akış şekli gözlenir.• Hızlı akma durumlarında tabakalı akış kaybolup türbülanslı akış(diğer adıyla girdaplı akış ) şekli ortaya çıkar. Prof.Dr. İbrahim USLU
  8. 8. Borularda Laminer akım• Akışkanın her taneciği sabit hızda, boru eksenine paralel hareket ederek boru içerisinde düzgün bir akımın oluşmasını sağlar. Prof.Dr. İbrahim USLU
  9. 9. Borularda Laminer akım – Turbulans Akım• Viskozite, yoğunluk ve akış borusunun iç çapına bağlı olan kritik hız, her sıvı için ve her boru için farklıdır. Akımın türünü, sıvının yoğunluk ve viskozluğu ile borunun çapından bağımsız olarak belirlemek üzere boyutsuz bir Prof.Dr. İbrahim USLU
  10. 10. Kayma gerilimi• Sıvının kağıt destesi gibi, üst üste katmanlar halinde olduğu varsayılarak, sıvı yüzeyine kuvvet uygulandığında, hareketi başlatmak için gereken, birim alana uygulanan kuvvet "kayma gerilimi” (shearing stress) olarak adlandırılır.• Kayma gerilimi aynı zamanda düzlemlerin yer değiştirmesine de neden olur. Prof.Dr. İbrahim USLU
  11. 11. Dinamik viskozite• Sıvı tabakalarının birbirine göre hareketini engelleyen, sıvıların iç sürtünmesi olarak da tanımlanan "dinamik viskozite” (mutlak viskozite)’dir.• Farklı sıvıların iç sürtünme kuvvetleri birbirinden olacaktır. Prof.Dr. İbrahim USLU
  12. 12. Kinematik Viskozite• Sıvıların viskozitesine etki eden bir başka unsur sıcaklıktır. Sıvının belli sıcaklıktaki dinamik viskozitesinin aynı sıcaklıktaki yoğunluk değerine bölünmesiyle elde edilen değer "kinematik viskozite” olarak adlandırılır. Prof.Dr. İbrahim USLU
  13. 13. Newton Tipi Akışkanlar• Kayma hızının kayma gerilmesiyle doğru orantılı olduğu akışkanlara Newton tipi akışkanlar denilmektedir.• Su, hava,benzin,yağlar,vs. akışkanlar en çok bilinen newton tipi akışkanlara örnektir.• Newton tipi akışkanların vizkositezi gerçek bir termodinamik özellik olup sıcaklık ve basınç ile değişmektedir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  14. 14. Reynolds sayısı• Tüm newton tipi akışkanların viskoz davranışlarını belirleyen ana parametre boyutsuz Reynolds sayısıdır:• Re = (ρ.v.L)/μ = (v.L)/v• Burada V ve L akışa ait karakteristik hız ve uzunluk ölçekleridir.• Re sayısının ikinci şekli ,μ’nün ρ’ya olan oranı olarak tanımlanan kinematik viskoziteyi içerir:• v=μ/ρ Prof.Dr. İbrahim USLU
  15. 15. Reynold, Re Sayısı• Re sayısının orta değerleri laminer akışa karşılık gelir.• Yüksek Re sayıları, olasıkla, zaman içinde yavaşça değişen fakat bunu üzerine güçlü yüksek frekanslı rastgele çalkantıların eklendiği tirbülanslı akışa neden olur. Prof.Dr. İbrahim USLU
  16. 16. Newton Tipi Olmayan Akışkanlar• Kan, sıvı haldeki plastikler, ketçap, boyalar, şampuan, vs. Newton tipi olmayan akışkan özelliğini taşırlar. Newton tipi olmayan akışkanlar 3 ana gruba ayrılırlar; – Zamandan bağımsız sıvılar, – Zamana bağlı sıvılar, – Elastoviskoz sıvılar. Prof.Dr. İbrahim USLU
  17. 17. Sanki Plastik yada İncelen akışkanlar• Dilatant akışkanlara zıt davranış gösterenlere ise (örneğin bazı boyalar, polimer çözeltileri ve süspansiyon halinde katı parçacıklı akışkanlar ) daha fazla şekil değişimine zorlanması halinde daha az viskoz hale gelirler.• Bunlara sanki plastik (pseudoplastic) yada incelen akışkanlar da denir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  18. 18. Sanki Plastik (Pseudoplastik Akış)• Pseudoplastik akışta, akış eğrisi orjinden başlar,• Pseudoplastik bir sıvının viskozitesi, kayma hızı arttıkça azalacağı için tek bir nokta ile ifade edilemez.• Pseudoplastik akış eğrisi doğrusal değildir, logaritmik olarak ifade edilmektedir.• Polimer çözeltileri, polimer içeren yarı katı sistemler, doğal ve sentetik zamklar, metil selüloz gibi maddeler pseudoplastik akış özelliği gösteren sıvılara örnek olarak verilebilir Prof.Dr. İbrahim USLU
  19. 19. Newton Tipi Olmayan Akışkanlar ve Özellikleri• Newton tipi olmayan akışkanlar için; kayma gerilmesi ile deformasyon hızı arasındaki oran doğrusal değildir.• Süspansiyon halindeki nişasta veya kum gibi akışkanlara dilatant veya kalınlaşan akışkanlar denir Prof.Dr. İbrahim USLU
  20. 20. Dilatant veya kalınlaşan Akışkanlar• Kayma gerilimi arttıkça viskozitenin de arttığı bu sıvılar için pseudoplastik akışın tersi davranış gösterir demek yanlış olmayacaktır.• Diğer bir deyişle bu tip sıvılar karıştırıldıkça koyulaşırlar.• Konsantre partiküllerin dispersiyonları, çeşitli süspansiyonlar, emülsiyonlar ve yağlı boyalar bu tür akış gösteren sıvılara örnek olarak verilebilir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  21. 21. Bingham Plastikleri• Diş macunu gibi bazı maddeler sonlu büyüklükteki bir kayma gerilmesine karşılık koyabilir ve dolayısı ile bir katı gibi davranır.• Ancak kayma gerilmesinin akma gerilmesini aşması halinde, sürekli şekil değiştirerek bir akışkan gibi davranır.• Bu tür akışkanlara Bingham Plastikleri de denilmektedir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  22. 22. Akışkan tipleri Prof.Dr. İbrahim USLU
  23. 23. Viskozite Birimleri• SI birim sisteminde viskozitenin birimi pascal saniyedir.• (Pa.s) Pa.s(pascal.saniye) birimi ; kg m-1s-1 veya N s m-2 ile eşdeğerdir.• CGS birim sistemindeki viskozite birimi poise (g cm-1 s-1) dir. – 1 poise = 0,1 Pa.s veya – 1cP (centi poise) =1mPa s(mili Pa s)dır. – 1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0.1 Pa·s.• Suyun viskozitesi 20°Cde 1.0020 cP dir. Yaklaşık 1 cP.• Sıcaklık 0°C den 100°C çıktığında, suyun viskozitesi 1.79 cP den 0.28 cP ye düşer). Prof.Dr. İbrahim USLU
  24. 24. Sıcaklık ve Viskozite• Viskoziteyi etkileyen en önemli faktör sıcaklıktır. Sıcaklık arttıkça sıvıların viskoziteleri azalır. Prof.Dr. İbrahim USLU
  25. 25. Suyun farklı sıcaklılarda viskozitesi Prof.Dr. İbrahim USLU
  26. 26. Viskozite• Tüm akışkanlar akmaya karşı bir direnç gösterirler.• Bu dirence “viskosite veya akmazlık” adı verilir. Akmazlığın birimi Poise olup, r tP 4  8 V• Poiseulle formülü tarafından verilir.• Burada,• V: r(cm) yarıçapında ve l(cm) uzunluğundaki bir tüpten akan sıvının cm3 cinsinden hacımıdır. P: sıvıyı akıtan basınç, t: sıvının akış süresi olarak verilir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  27. 27. Stokes kanunu ve viskozite katsayısı• Yarıçapı r ve yoğunluğu  olan bir küre bir sıvıya konulursa aşağıya doğru olan kuvvet 4 3 F r   s g 3• şeklinde verilir.• Bu kürenin sabit bir hızla hareket etmesi için maruz kaldığı sürtünme kuvveti Stokes tarafından F  6vr S• şeklinde verilmiştir. Burada v kürenin hareket hızını göstermektedir. Bu iki kuvvet eşitlenirse 4 3 2r2 6ηvr  πr ρ  ρs g  η  ρ  ρs g 3 9v Prof.Dr. İbrahim USLU
  28. 28. Stokes kanunu - iki ayrı sıvı için• Bu ifade iki ayrı sıvı için 1    s1  v 2    s1  t 2   v  t    2  s2  1  s2  1• şeklinde yazılabilir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  29. 29. Boşluk Teorisi• Çoğu sıvıların viskozitesi, artan sıcaklıkla azalır. Boşluk (hole) teorisine göre bir sıvı içerisinde boşluklar bulunmaktadır ve moleküller sürekli boşluklara doğru hareket ederler.• Bu olay akışa izin verir, fakat bir molekülün bir boşluğa taşınması bir aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyduğundan enerji gerektirir.• Yüksek sıcaklıklarda aktivasyon enerjisi daha kolay temin edileceğinden sıcaklık yükseldikçe sıvı daha kolay akar.. Prof.Dr. İbrahim USLU
  30. 30. Viskozite ve sıcaklık• Viskozitenin sıcaklığa bağımlılığı  E    A exp   RT  E E ln   ln A  C RT RT• Buradaki E viskoz akışa ait aktivasyon enerjisidir.• Görüldüğü gibi viskozite veya akmaya karşı gösterilen direnç sıcaklık ile ters orantılıdır . Prof.Dr. İbrahim USLU
  31. 31. Viskozite ve basınç• Diğer yandan artan basınçla bir sıvının viskozitesi artar, çünkü basıncın arttırılması sıvı içerisindeki boşluk sayısını azaltır ve bunun sonucu moleküllerin hareketi zorlaşır.• Ancak yinede sıvıların viskoziteleri genellikle sıcaklığın kuvvetli bir fonksiyonu olmasına rağmen basınçtan pek fazla etkilenmezler. Prof.Dr. İbrahim USLU
  32. 32. SU - Viskozite – Basınç• Düşük sıcaklıklarda basıncın hidrojen bağlarını azaltıcı etkisi daha ön plana çıkıyor. Dolayısıyla ilk başlarda bağların azalması ile viskozitenin azalması söz konusu.• Ancak basıncın bu bağ kırıcı etkisi bir yere kadar. Daha sonra boşluklarda azalma daha baskın çıktığından basıncın artmasıyla viskozitede beklendiği şekilde artıyor. Prof.Dr. İbrahim USLU
  33. 33. Viskozite ölçümü niçin önemlidir• Her hangi bir maddenin yapısını değerlendirmekte o sıvının veya gazın akışkanlığını viskozite yardımı ile ölçmek en verimli yoldur.• Örnek verecek olursak bir sıvının viskozitesi bir boru hattının dizaynında yada madeni yağ,kimyasal madde gibi sıvıların boru hatları vasıtasıyla bir noktadan başka bir noktaya taşınmasında önemli bir parametredir.• Viskozite düşük olduğunda ise pompa verimi düşer, sızıntı artar, aşınma olur ve hız azalır. Masraf artar. Prof.Dr. İbrahim USLU
  34. 34. Viskozite ölçümü• Viskozite ölçümünün özellikle petro kimya sanayii dışında ayrıca gıda, basım (mürekkep), eczacılık, kozmetik gibi geniş bir alana yayılmış endüstrilerin üretim prosesi sırasındaki kalite kontrolünde olduğu gibi aynı zamanda kalite ve performansın geliştirilmesi maksatlı araştırma- geliştirme (Ar-Ge) faliyetlerinde de önemi çok büyüktür. Prof.Dr. İbrahim USLU
  35. 35. Oswald viskozimetresi• r’nin (Tüp yarıçapı) doğrudan ölçülmesi çok zor olduğundan viskozite en kolay olarak viskozitesi bilinen bir başka sıvıya karşı bağıl olarak tayin edilir.• Buna göre, 1 P t1 1t1  1  2 P t2 2t2 2• Bunu tayinin yapılmasındaki en pratik araç Oswald viskozimetresidir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  36. 36. Vizkozite Ölçüm Metodları• Viskozite ölçümü konusunda kullanılan belli başlı metodları şöyle özetlemek mümkündür :• 1-) Rotasyonel Viskozimetre : Viskozite akışkanın içerisine daldırılmış olan silindirik yapıdaki rotoru döndürmek için kullanılan torkdan yararlanılarak tespit edilir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  37. 37. 2-) Kapiler Viskozimetre• Viskozite akışkanın bir kapiler içinde akmasını sağlamak yoluyla bulunur.Ölçüm kapilerin her iki ucundaki basınç farklılığı ile veya süre ile tespit Prof.Dr. İbrahim USLU
  38. 38. 3-) Falling-ball Viskozimetre• Silindirik yada küre şeklindeki standart bir cismin belirli bir mesafeden akışkan içinde serbest düşüşünü sağlayarak viskozite ölçülür.Bu sırada düşüşün süresi ölçülür. Prof.Dr. İbrahim USLU
  39. 39. 4-) Kap tipi ve Redwood Viskozimetreler :• Dibinde bir delik bulunan (Orifis) bir kaba doldurulan akışkanın , kabı boşaltması için gerekli sürenin tespiti ile belirlenir.• Yağlarının viskozitesini belirlemel için kullanılır.• Paslanmaz çelik su banyosu, Karıştırıcı, reostat, istenilen sıcaklıkta suyu alabilmek için dijital termostadlı daldırmalı elektrikli ısıtıcı, soğutma ünitesinden oluşur. Prof.Dr. İbrahim USLU
  40. 40. Yağların viskozitesi SayboltViskozitemetresi İle Yağların Ölçümü Prof.Dr. İbrahim USLU
  41. 41. Yeni Nesil - Vibro Viskozimetreler• Numune içerisine iki adet ince sensör plakası daldırılmaktadır.• Yaylı plakalar belirli bir frekansda titeştirildiğinde (vibrasyon) plakalar ile numunenin viskozitesine bağlı olarak bir sürtünme kuvveti oluşur.• Vibro viskozimetre vibrasyon halindeki sensör plakalarının belirli ve sabit bir frekansda hareket etmesi için gerekli elektrik miktarını kontrol etmektedir. Prof.Dr. İbrahim USLU
  42. 42. Vibro Viskozimetreler• Numunenin sürtünme kuvveti doğrudan numunenin viskozitesi ile oransal olduğundan sensör plakalarını sabit bir frekansda hareket ettirmek için gerekli olan elektriksel güç miktarı da her numunenin viskozitesi ile oransaldır.• Belli bir frekansda titreştirilen sensör plakalarının yardımı ile dinamik bir ölçüm aralığında ve yüksek doğrulukta ölçüm yapmak mümkündür. Prof.Dr. İbrahim USLU
  43. 43. Kaynaklar• Bu sunumun Hazırlanmasında Prof.Dr. Mehmet Levent AKSU’nun sunumlarından faydalanılmıştır. Bazı slaytlar olduğu gibi alınmıştır.• Bu sunum tamamen bir ders notu niteliğinde olup, fiziko kimya ve benzer derslerde öğrencilerin viskozite konusunu iyi bir şekilde öğrenmeleri için resimlerle tasarlanmıştır.• Bu sunumun hiçbir ticari amacı yoktur. Prof.Dr. İbrahim USLU

×