Viskozimetre / Viskozimetreler

Cihazı satın almadan önce kendinize sormanız gereken sorular neler? Satıcı ile hangi konuları tartışmak istersiniz?

Aşağıda olası soru ve cevapların kısa bir listesini bulabilirsiniz.

Satın alacağınız viskozimetre sabit olarak kullanabileceğiniz masa tipi bir viskozimetre mi yoksa taşınabilir bir viskozimetre mi olmalı?

Viskozimetreyi viskozlu akışkanların devamlı ölçümü için kullanmak istiyorsanız, bu konuyla ilgili cevaplamanız gereken birkaç soru daha vardır. Bu durumda, telefonda PCE Instruments teknisyenimiz ile konuşmanız ya da satış görevlilerimiz ile bir görüşme ayarlamanız daha uygun olacaktır.

Akışkanlarda ölçüm söz konusu olduğunda, öncelikle Newton tipi (doğrusal ilişki) ve Newtonsal olmayan akışkanlar (zamana ve kayma hızına bağlı akış süreci) arasında bir ayrımın yapılması gerekir. Kayma hızına bağlı akış süreci dilatant; zamana bağlı akış süreci tiksotropi olarak adlandırılır. Plastik akış durumunda, akış sürecine başlamak için öncelikle kayma gerilimi sınır değerinin aşılması gerekir. 

Test edeceğiniz akışkanın viskozite aralığını belirleyebilirsiniz. Farklı akışkanların beklenen viskozite değerleri ile ilgili pek çok tablo bulunmaktadır. Aşağıda, bilinen bazı maddelerin özelliklerini görebilirsiniz:

Madde: Viskozite (mPa.s)

Petrol: 0.65

Su (20 °C): 1

Motor yağı (150 °C): 3

Kan (37 °C): 4 - 25

Motor yağı (25 °C): 100

Bal: 104

Dünya’nın mantosu: 1021 - 1023

Genellikle, dinamik viskozite, akışkanın sıcaklığının yükselmesi ile azalır. Bu nedenle, her zaman karşılaştırılabilir ölçüm değerlerini korumak için temperleme işleminin uygulanması tavsiye edilir. Böylece, aynı koşullar her zaman geçerli olur ve ölçüm değerlerinin karşılaştırılabilirliği yüksek olur. Ancak, bu, ölçülecek akışkanın türüne, sıcaklık kontrolünün gerekli olup olmadığına da bağlıdır. Ayrıca, ölçüm değerlerinin karşılaştırılabilirliğini etkileyen ortam basıncı da önemli bir parametredir.

Genellikle, ± %3 hassasiyeti olan viskozimetreler üretim laboratuvarlarında bulunur. Kimyasal laboratuvarlarda ise en az ± %2 hassasiyeti olan viskozimetreler kullanılmalıdır. PCE Instruments olarak sunduğumuz çoğu cihazın hassasiyeti ± %1’dir.

Lütfen, tedarikçinin / üreticinin viskozimetre için yeterli miktarda yedek parça (özellikle ölçüm mili) sunduğundan emin olun.

İlk defa sipariş verildiğinde PCE Instruments markalı tüm viskozimetreler ayarlanır ve kalibre edilir. Yeniden kalibrasyon durumunda, genelde kalibrasyon yağları (silikon yağları) kullanılır. Sıcaklık bağımlılığı da burada önemlidir. Bu nedenle, ilgili sıcaklıklar ISO kalibrasyon sertifikalarında belirtilmiştir. Kalibrasyon yağları, uzun ömürlü olmadıkları için (6 ay) üretici talimatlarına göre (karanlık ortamda, kapalı kutu içinde) saklanmalıdır. Kalibrasyon yağları ile yapılan kontrolün yanı sıra izlenebilir bir kalibrasyon sırasında viskozimetrenin dönüş hızının / torkunun, mekanik durumunun (rotasyonel viskozimetreler için eksenin eş merkezliliği) ve çeşitli parçaların kontrolü zorunludur. Kalibrasyon sırasında üretici tarafından belirtilen değerlerden bir sapma meydana gelirse, viskozimetrenin yeni bir ayarı yapılmalıdır.

Viskozite, sıvı ve gaz halindeki maddelerin akışkanlığını (akışkanların akma kabiliyetini) ifade eder ve bir viskozimetre yardımı ile belirlenebilir. Bir maddenin viskozitesi ne kadar yüksek olursa, o kadar yavaş tepki verir. Yüksek viskoziteli maddeler taşınacak ya da diğer maddelerle karıştırılacaksa daha fazla enerji harcanmalıdır. Numunelerin viskozitelerini karşılaştırabilmek için akışkanlıkla ilgili miktarları ölçen çeşitli viskozimetreler geliştirilmiştir. Ancak, bu tür viskozimetreleri kullanırken her ölçüm yönteminin tüm viskozite ölçüm aralıkları için uygun olmadığını, bir maddenin viskozitesinin her zaman sıcaklığa bağlı olduğunu ve bazı kuvvetlerin etkisi altında da değişebileceğini  göz önünde bulundurmanız gerekir. 

Viskozite, akışkan maddenin hacim parçacıklarının yerindeki bir değişikliğe karşı direnci  olarak da tanımlanabilir. Parçacıklar yer değiştirirken birbirlerine az ya da çok müdahale edebilir. Küresel parçacıklar birbirlerini disk şeklinde ya da düzensiz olanlardan daha az engeller. Doğrusal olarak düzenlenmiş moleküller birbirlerini dallanmış olanlardan; küçük moleküller birbirlerini büyük moleküllerden daha kolay geçer. Artan sayıda çapraz bağlama, parçacıkların kendi aralarında yer değiştirmesini zorlaştırır.

Viskozimetre ile dinamik ya da kinematik viskozite belirlenebilir. Dinamik viskozite (η), kayma gerilimi ve akış yönüne dik hız gradyanı ile tanımlanır. Paskal saniye (Pa.s) olarak ya da CGS sistemine göre poise (P) olarak ölçülür. 1 poise 0.1 paskal saniyeye denk gelir. Uluslararası Birimler Sistemi’nde paskal saniye (Pa.s) yerine metrekare başına Newton saniye (N./m2) ya da metre başına kilogram ve saniye (kg/(m.s)) kullanılabilir. 

Kinematik viskozite v (Ny), bir maddenin dinamik viskozite ve yoğunluk katsayısından kaynaklanır. m2/s olarak ya da CGS sistemine göre stokes olarak kullanılır. 1 stoke, 0.0001 m2/s’ye karşılık gelir. Kinematik viskozite, standart akış kabı ile belirlenir. Dinamik viskozite, kinematik viskozite maddenin yoğunluğu ile çarpıldığında ortaya çıkar.

Taşıma ve işleme planlamasını basitleştirmek için akışkanlar, düşük, orta ve yüksek viskoziteli maddeler olarak sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma, uygun boru ve dozaj sistemlerine atamayı kolaylaştırır. Düşük ve orta viskoziteli maddeler arasında geçiş için sınır yaklaşık 300 milipaskal saniye iken yüksek viskoziteli maddeler için alt sınır yaklaşık 8000 milipaskal saniyedir. Standart akış kabı sadece düşük viskoziteli sıvı maddeler için viskozimetre olarak uygundur. Viskozlu malzemeler için, döner ölçüm millerine ve ayarlanabilir hıza sahip viskozimetre kullanılabilir. Bazı maddeler için, maddenin ince tüplerde yükselmesi ile ölçümün gerçekleştirildiği viskozimetreler de uygundur. Kılcal damarlı bu tür viskozimetrelerin formlarına Ubbelohde, Cannon ve Fenske adı verilmiştir. Ayrıca, numunenin yayılımının yatay olarak yerleştirilmiş bir ölçüm kabına kaydedildiği viskozimetreler de bulunur. Bu yöntem ile numunenin belirli bir süre içinde ölçeklendirilmiş kabın tabanına ne kadar aktığı ölçülür. Bu viskozimetreler, Bostwick olarak adlandırılmıştır ve sosların, çorbaların, ketçap ya da reçellerin kıvamını, viskozitesini ya da akış hızını belirlemek için kullanılır.

Viskozimetre seçimi, viskozite ölçümünün amacına göre belirlenmelidir. Birçok uygulama için, sıvıların, macunların ve jellerin malzemelerin birikmesini önlemek için düşük kayma geriliminde yüksek viskozitesiye sahip olması gerekir. Ancak, yüksek kayma geriliminin gerektiği durumlarda, bu maddelerin daha iyi karışmaları ve yüzeye eşit derecede ince bir film şeklinde uygulanabilmesi için daha ince olması gerekir. Viskozimetrenin bu maddeler için değişken kayma gerilimlerinde ve sıcaklıklarda viskoziteyi belirleyebilmesi gerekir. Bir dizi döner mile sahip dijital viskozimetreler, ayarlanabilir hız ve sıcaklık ölçümü ile viskozite eğrisinin ayrıntılı eğrilerinin oluşturulmasını sağlar.

Viskozite ölçümü için kullanılan akış kapları, standart şekil ve boyutlara sahip içi boş bir gövdeden oluşur. Aynı şekle sahip olanların alt kısımda yer alan ağızları için farklı standart boyutları vardır. Bu tür viskozimetreler, boyaların, verniklerin vb. ürünlerin akış süresini ve viskozitesini belirlemek için kullanılır. Ölçüm, son ürünün yanı sıra üretim sürecindeki numuneler üzerinde de gerçekleştirilebilir. Viskozite ne kadar düşük olursa madde akış kabından o kadar hızlı akar. Bu süre doğrudan viskozite ile ilgilidir. Bu tür bir viskozimetre ile farklı sıcaklıklarda ölçüm yapılabilir, ancak ek olarak uygulanan kayma geriliminin etkisi altında tekrarlanabilir test yapılamaz. Kinematik viskozite, akış sürelerinden sabit faktörler ve malzemeye özgü yoğunlukta dinamik viskozite ile hesaplanır.

Bu akış kabı, 100 ml’lik bir hacme, konik bir şekle ve 4 mm çapında sabit bir çıkışa sahiptir. Genellikle eloksallı alüminyumdan yapılır ve içten cilalanmış paslanmaz çelik bir nozulu bulunur. Akış kabı ağzına kadar doldurulur ve akan jet kopana kadar geçen süre durdurulur. 25 ila 150 saniye aralığının dışındaki ölçümler dikkate alınmamalıdır. 1996 yılında yürürlükten kaldırılmış DIN 53211’e göre yapılan ölçümlerden geçerli DIN EN ISO 2431’e geçiş yapan kullanıcılar için akış sürelerinin dönüşüm tabloları bulunmaktadır.   

ASTMD 5125 (2010) uluslararası standardında, viskozite ölçümü için bir akış kabı kullanılan bir yöntem açıklanır. Ölçüm aralığı, diğer iç boyutlar, daha büyük giriş konisi ve dört farklı çapın tanımlandığı daha uzun bir nozul ile genişletilir. Bu kapların akış süreleri 25 ila 100 saniye arasında olmalıdır ya da bir sonraki büyük ya da daha küçük ağıza sahip akış kabı değiştirilebilir. Farklı akış kaplarının akış süreleri yalnızca dönüşümden sonra karşılaştırılabilir.

10 - 40 mm2/s viskozite için 3 mm çıkışlı ISO kabı

25 - 130 mm2/s viskozite için 4 mm ISO kabı

70 - 360 mm2/s viskozite için 5 mm çıkışlı ISO kabı

130 - 700 mm2/s viskozite için 6 mm çıkışlı ISO kabı

ASTM D 1200 (2010) standardında, akış süresi 20 ila 100 saniye arasında olan başka bir akış kabı söz konusudur. Ölçülebilir kinematik viskoziteler şu şekilde sınırlandırılmıştır:

25 - 120 mm2/s viskozite için 2.53 mm çıkışlı Ford kabı no.2

40 - 220 mm2/s viskozite için 3.40 mm çıkışlı Ford kabı no.3

70 - 370 mm2/s viskozite için 4.12 mm çıkışlı Ford kabı no.4

Döner milli viskozimetrede döner çubuk ya da mil numuneye daldırılır ve bir motor tarafından döndürülür. Madde ne kadar viskozlu olursa sabit dönüş hızını korumak için o kadar kuvvet uygulanmalıdır. Milin şeklinin dönüş hareketi için gereken kuvvet miktarında büyük bir etkisi olduğundan, farklı maddelerin viskozitesi için farklı mil şekilleri geliştirilmiştir. Özellikleri nedeniyle döner mile sahip bu viskozimetreler, dinamik viskoziteyi belirlemek için farklı görevlerde kullanılabilir.

Sabit hızda ve numuneye sabit kayma hızı getiren miller ile maddenin viskozitesinin artıp artmadığı kontrol edilebilir. Tiksotropik maddeler daha uzun süre karıştırılarak sıvılaşır, reopeks maddeler ise kalınlaşır. Dinamik viskozitede zamana bağlı bir artış ya da azalma gözlendiğinde bunun test prosedürü belirlenirken ve ölçüm değerlendirilirken dikkate alınması gerekir. Aksi takdirde, yararlı sonuçların elde edilmesi mümkün değildir.

Pek çok döner milli viskozimetre, mil için farklı dönüş hızı seçeneği sunar. Bir kere düşük hızda sonrasında yüksek hızda bir ölçüm yapıldığında, maddenin viskozitesinin yüksek kayma gerilimi uygulandığında değişip değişmediğini belirleyebilirsiniz. 

Modern rotasyonel viskozimetreler, laboratuvarda, üretim tesislerinde, depolamada ya da taşıma konteynerlarında yerinde numune ölçümü için geliştirilmiş çeşitli ekipmanlarla mevcuttur. Laboratuvardaki ölçümler için, numunenin bir behere doldurulduğu standlı viskozimetreler sıklıkla kullanılır. Yerinde ölçümler için döner mil, uygun konteynerlara takılabilen esnek kablo ile donatılmıştır. Çoğu zaman bu tür viskozimetrelerde entegre sıcaklık ölçümü sensörü ya da bu sensörü bağlama seçeneği bulunur. Kimyasal ve madeni yağ endüstrileri gibi patlayıcı ortamlarda kullanılan viskozimetreler özel olarak korunur ve bu viskozimetrelerde ATEX onayı bulunur.

Viskozimetre, üretim sürecinin ve kalite kontrolünün izlenmesi için mükemmel olan, kullanımı kolay ve nispeten ucuz bir ölçüm cihazıdır. Modern viskozimetreler, geniş bir viskozite aralığını ölçebilecek şekilde tasarlandığından boyaların, kimyasal ve farmakolojik ürünlerin ve asfalt gibi pek çok akışkan malzemenin viskozite ölçümünde kullanılabilir. Özel ölçüm yöntemleri, asfaltın yapıldığı bileşenlerin (bağlayıcı ya da bitüm) viskozitesini, farklı sıcaklıklarda (ölçümler için standart sıcaklık 60 °C olsa da) ve kütle konsolidasyon seviyelerinde tespit etmeyi sağlar.

Bitüm, mineral malzemeler ve diğer bileşenlerle birlikte homojen bir kütle oluşturmalıdır. Bu işlem, sıcaklık rejimi ve karıştırma süresi de dahil olmak üzere devamlı kontrol altındadır. Asfalt kalitesi, son derece önemli bir rol oynar ve bu nedenle bu işlem başından sonuna kadar izlenir. Renk, homojenlik, karışımdaki bitüm varlığı, su miktarı ve su direnç katsayısı gibi tüm parametreler gerekliliklere uymalıdır. Viskozimetre, son ürünün tam kapsamlı kontrolü için kullanılan cihazlardan sadece biri olmasına rağmen üretim sürecinin bileşenlerinin ve koşullarının miktarını ayarlayarak üretimdeki akışların tespit edilmesine ve ortadan kaldırılmasına yardımcı olur.

Vakumlu kılcal viskozimetreler, asfalt ölçümleri için en sıklıkla kullanılan viskozimetre türüdür. Güvenli ve hassas ölçümlerin elde edilmesi için viskozimetrenin standartlara (ASTM D 2171) uygun olması ve kalibre edilmesi gerekir. Asfaltın özelliklerini belirlemek için genelde karışımdan birkaç numune alınır ve laboratuvarda dikkatli bir şekilde kontrol edilir. Bu işlem için laboratuvar viskozimetre modeli önerilir.

Bulamaç, pek çok endüstri alanında kullanıldığından akış davranışına ilişkin bilgiler de son derece önemlidir. Ancak, bu bilgilere ulaşmak homojen olmayan yapısı nedeniyle zorlayıcı bir görevdir. Bulamaç süspansiyonlarının reolojik özellikleri, istenen son ürünü ya da işlemi akışsız hale getirmek için işlemin nasıl düzenlenmesi gerektiğine ilişkin daha iyi bir fikir verir. Bulamaçlar, dikkate alınmadığı takdirde viskoziteyi ve akışı ciddi ölçüde etkileyebilecek çeşitli katkı maddeleri olan bir dizi katı parçaya (bazen farklı boyutlarda) sahiptir. Bunun haricinde, sıcaklık ve diğer faktörlerin de sıvı üzerinde bir etkisi olduğundan kullanılan sıvının karakterini incelemek daha da önemlidir. Örneğin, madencilik ya da endüstride sıvının karakterini inceleme doğru boru hattını seçmek için önemlidir.

Kum parçacıkları, çimento, kil ve diğer pek çok şeyi içerebilen bulamacın türüne bağlı olarak farklı viskozite ölçüm yöntemleri seçilebilir.

Reometre ve viskozimetre (rotasyonel ve tüp) bulamaç ölçümleri için kullanılsa da viskozimetrenin tercih edilmesi daha mantıklı olur. Viskozimetrenin kullanımı reometreye göre daha kolaydır ve viskozimetre, diğer ek özellikleri belirlemeden (reometre gibi) bulumacın viskozitesi ile ilgili yeterli bilgi sağlar. Pek çok şey bulamacın kendisine ve kullanıldığı işleme bağlıdır. Bulamacın davranışsal özellikleri Newtonsal olmayan akışkanlar gibidir ve bulamacın akış özelliklerinin tanımının doğru bir şekilde yapılması için birkaç ölçüm yapılmalıdır.

Viskozite, akışkanın gösterdiği kesme hızı ile doğrudan bağlantılıdır. Bu oranın sabit bir değer olarak kalması zorunlu değildir. Bu nedenle, viskozite, aynı bulamaç olmasına rağmen yüksek kesme oranına sahip parçaların düşük kesme oranına sahip parçaları oluşturmasında da farklılık gösterebilir. Akış sürecindeki bulamaç davranışına ilişkin hassas sonuçlar elde etmek için kontrol altındaki belirli bir parçanın hız, kesme hızı ve sıcaklık gibi özelliklerine göre birkaç ölçüm cihazının kullanılması önerilir.