Akmazlık

Viskozite - Akmazlık

Prof.Dr. İbrahim USLU

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.


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)

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, Newton'a göre,


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


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.


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.


Borularda Laminer akım
• Akışkanın her taneciği sabit hızda, boru eksenine paralel
hareket ederek boru içerisinde düzgün bir akımın oluşmasını
sağlar.


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


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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


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


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.


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.


Akışkan tipleri


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°C'de 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).


Sıcaklık ve Viskozite
• Viskoziteyi etkileyen en önemli faktör sıcaklıktır. Sıcaklık
arttıkça sıvıların viskoziteleri azalır.


Suyun farklı sıcaklılarda viskozitesi


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.

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

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.


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..


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 .


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.


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.


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.


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.


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.


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.


2-) Kapiler Viskozimetre
• Viskozite akışkanın bir kapiler içinde akmasını sağlamak
yoluyla bulunur.Ölçüm kapilerin her iki ucundaki basınç
farklılığı ile veya süre ile tespit


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.


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.


Yağların viskozitesi Saybolt
Viskozitemetresi İle Yağların Ölçümü


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.


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.


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.


Akmazlık

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

More from Prof.Dr. İbrahim USLU

More from Prof.Dr. İbrahim USLU (13)

Akmazlık