צמיגות של פרופילן גליקול פתרונות

צמיגות קינמטית היא היחס בין צמיגות דינמית לצפיפות. היחס בין מתח הגזירה לקצב הגזירה הוא הצמיגות הדינמית של נוזל, שהוא מדד של ההתנגדות לעיוות בזרימת למינאר לנוזל ניוטוני. יחס זה ייחודי לצמיגות קינאמטית, המאפשרת אינטרפולציה למשתנה לא ידוע על ידי התחשבות בשני משתנים, צמיגות קינאמטית וריכוז.

טמפרטורה, צפיפות והרכב יכולים ליצור שינויים בעיוות הזרימה. לחץ הוא זניח על נוזלים בשלב נוזלי, ולכן זה לא גורם לניסוי זה. צמיגות קינמטית ניתן למדוד באמצעות ויסקומטר בגלל היחסים המוצגים בחוק האגן-Poiseuille, אשר מבטא כי ירידה בלחץ נובעת כוח המשיכה, צמיגות דינמית, וצמיגות קינמטית. צמיגות קינמטית יכולה להיות קשורה גם לזמן באמצעות קבוע צמיג ספציפי לכל זכוכית נימית,

איפה הצמיגות הקינטמטית, C הוא קבוע הצמיג, ו t הוא זמן. קבועי ויסקומטר נמדדים בדרך כלל וניתנים על ידי היצרן של הצמיג. המשוואה לעיל משמשת לקביעת צמיגות קינמית, אשר ניתן להמיר לצמיגות דינמית על ידי הכפלה על ידי צפיפות הנוזל,

כאשר μ הוא הצמיגות הדינמית, הוא הצמיגות הקינטמטית, ו ρ הוא הצפיפות. מידע זה יכול לשמש כדי לקשר את הריכוז של צמיגות מנוצלת ודינמית באופן גרפי.

קנון-פנסקה Viscometer נמצא בשימוש נרחב כדי למדוד את הצמיגות של פתרונות שונים. הצמיג שקוע באמבט מים גדול המכיל סליל בקרת טמפרטורה וסנפיר לשמירה על תרמו-קווילביריום קבוע. הנימי מכווץ את זרימת הנוזל כלפי מטה, כך שהזמן הנדרש לנוזל לנוע דרך אזור נימי מוכפל על ידי קבוע הצמיג כדי לתת את הצמיגות הקינטמטית. כלי זכוכית נימיים גדולים יותר משמשים למדידת פתרונות עם צמיגות גבוהה יותר. פתרונות צמיגים נוספים לוקחים יותר זמן לנסוע דרך זכוכית נימית. מידע זה יכול לשמש כדי להשוות את הלא ידוע לריכוזים ידועים.

1. הכנת הצמיג

1. הכן שבעה פתרונות עם ריכוזים שונים של פרופילן גליקול במים (בין 0 - 100 מול % פוליפרופילן גליקול). סמן את כל הפתרונות. אלה ישמשו לכיול. השגו דגימה של הריכוז הלא ידוע והניחו אותו בצד
2. בדוק את הדגימות עבור מוך, אבק, או חומר מוצק אחר. במידת הצורך, סנן את הדגימה באמצעות מסנן זכוכית מסונטרת או מסך רשת עדין.
3. נקה את הצמיג המתאים באמצעות מים, ויבש עם אוויר מסונן כדי להסיר את העקבות הסופיים של ממסים. פתרונות צמיגות נמוכים יותר ישתמשו בכלי זכוכית נימיים בגודל 50, גודל 100 ישמש לפתרון הלא ידוע, ופתרונות צמיגות גבוהים יותר ישתמשו בכלי זכוכית נימיים בגודל 150.

2. טעינת הצמיג

1. יוצקים את הדגימה לתוך הצמיג עד שהוא ממלא לפחות חצי מהנורה הגדולה יותר. לאחר מכן, לנגב את היד נקייה.
2. מניחים את הצמיג לתוך המחזיק ומכניסים אותו לאמבט הטמפרטורה הקבועה. יישר אותו אנכית עם בוב אינסטלציה קטן בצינור הגדול או השתמש במחזיק יישור עצמי.
3. אפשר לדגימה להתכווות לטמפרטורת אמבט המים. אפשר כ 10 דקות עבור המדגם לבוא לטמפרטורת האמבטיה ב 40 °C (55 °F) ו 15 דקות ב 100 °C (50 °F).
4. החל יניקה לזרוע ולמשוך את הנוזל לתוך הצינור.

3. מדידת השפכים

1. השתמש בשעון עצר ומדוד את הזמן הנדרש עבור המניסקוס של המדגם לזרום בין הסימנים שצוינו. זה זמן השפכים.
2. חזור על שלבים 6 ו- 7 עבור ריצות כפולות. ולחזור על כל ההליך עבור כל דגימה.

בניסוי זה נמדדו הצמיגות של מספר ריכוזים של פרופילן גליקול. כצפוי, הצמיגות נמצאה להגדיל עם ריכוז פרופילן גליקול. הזמן לפתרונות המדגם לחצות את הצמיג נמדדו ושימשו לקביעת הצמיגות הקינסמטית. מדידות רבות נאספו כדי למזער שגיאות אקראיות.

הצמיגות הקינטמטית נקבעה תוך שימוש בזמן כפי שנמדד וקבוע הצמיג:

לאחר מכן, הצמיגות הקינטמטית הוכפלה על ידי הצפיפות כדי לתת את הצמיגות הדינמית:

הריכוז הלא ידוע חושב והושווה לפתרונות המדגם הידועים. אינטרפולציה ליניארית שימשה להערכת הריכוז, והקשר התאים בצורה הטובה ביותר לפונקציה ליניארית(איור 1).

עבור המשוואה לעיל, נעשה שימוש בשתי נקודות נתונים ידועות של צמיגות וריכוז קינאמטיים, ו- x הוגדר כצמיגות הנמדדת של הפתרון הלא ידוע. הפתרון נפתר עבור y כדי למצוא את הריכוז של המדגם הלא ידוע. ניתן להשתמש בתכונת הגרפים של Excel גם כדי להתוות קו מגמה דרך ערכת הנתונים ולתת משוואה המתאימה ביותר.

איור 1: הקשר בין ריכוז הפתרון לצמיגות הפגין התאמה ליניארית.

גרף זה מראה כי הלוגריתם הטבעי של צמיגות וקומפוזיציה לעקוב אחר קשר ליניארי. ככל שהרכב חמצמצה עולה בפתרון, צמיגות גם מגבירה. לדעת את הקשר הזה, הריכוז של הפתרון הלא ידוע נמצא בקלות על ידי מדידת צמיגותו וקשר אותו לקשר הידוע בין ריכוז וצמיגות. ניתן לשפר את הדיוק הניסיוני על ידי מדידת ריכוזים ידועים יותר או באמצעות מדחום מדויק יותר.

מטרת הניסוי הזה הייתה לבחון את הקשר של צמיגות והרכב באמצעות הצמיגות של החומר הלא ידוע כדי למצוא את הרכבו. מספר פתרונות ריכוז ידועים של פרופילן גליקול ופתרון ריכוז לא ידוע אחד נבדקו. קשרים בין צפיפות, צמיגות דינמית וצמיגות קינמית שימשו כדי להשוות את הפתרונות. מכיוון שהפתרונות נעשים צמיגים יותר ככל שהם הפכו מרוכזים יותר, הצלחנו לצמצם את ריכוז הפתרון הלא ידוע לטווח קטן. אינטרפולציה ליניארית שימשה להערכת הריכוז, והקשר התאים בצורה הטובה ביותר לפונקציה ליניארית. עבור ניסוי זה, הגדלת הדיוק של המדחום יכול היה להפחית את אי הוודאות שלנו באופן משמעותי, שכן הוא המקור העיקרי של שגיאה. ריכוזים נוספים יכלו גם להיבדק כדי להגביר את הדיוק.

בדיקת צמיגות מדויקת חשובה למגוון תחומים. בתעשיית עיבוד המזון, מזון חייב להיבדק עבור צמיגות לאורך כל יצירתו כפי שהוא מועבר ברחבי^{מתקן 2}. מדידות אלה משמשות כדי למקסם את היעילות של התהליך ולקבוע סטנדרטים לייצור². הצמיגות חשובה לתעשיית המזון מכיוון שהיא תקבע כמה זמן תימשך הובלת מזון באמצעות צינור או מעבד, כמה זמן ייקח מזון להתייבש, ואת הזמן שייקח לחלק מזון לאריזות להובלה וקמעונאות². מהנדסים ישתמשו בצמיגות כדי למקסם את זרימת המוצר באמצעות צנרת על מנת לחסוך באנרגיה ולמקסם את המוצר, מבלי להפחית את איכות המוצר המוגמר². צמיגות חשובה גם לקבוע סטנדרטים בטוחים עבור הכוח שניתן להחיל על חומרים ומוצר מבלי לפגוע בו².

בתעשיית הנפט, צמיגות היא בקרה חשובה להערכת איכות³. בעת רכישה או עיבוד של נפט גולמי, חברות חייבות למדוד את הצמיגות כדי לקבוע את הטיפול המתאים³. הצמיגות מספקת מידע חשוב על הרכב הנפט הגולמי³. שמן של קומפוזיציות שונות משמש ליצירת מוצרים שונים³. בתי זיקוק מסוימים יכולים לעבד רק שמנים בעלי צמיגות מסוימת, ולכן בדיקה מדויקת חשובה כדי לקבוע אילו חומרים הם יכולים להשתמש לזיקוק³. בזיקוק נפט, הצמיגות של השמן משמשת לתכנון השיטות היעילות ביותר להפקה, הובלה ושיפור שיטת³. טמפרטורה יכולה גם להשפיע על צמיגות של שמן, ולכן פקדים חייבים להיות לשים במקום יש את השמן בטמפרטורה מתאימה עבור צמיגותו³. בנוסף, צמיגות של שמן תקבע את אופן ניקויו במקרה של^{דליפה 3}.