Specifieke Zwaartekracht
Definitie
Specifieke zwaartekracht (S.G.) is de verhouding van de dichtheid van een stof tot die van een referentiestof. Voor vloeistoffen en vaste stoffen is de referentiestof bijna altijd water bij 40C waar het zijn maximale dichtheid heeft van 1g/cm3.
Rekening houdend met dit, is de soortelijke dichtheid (SG) van een vloeistof de verhouding van de vloeistofdichtheid tot de dichtheid van water, zoals hieronder getoond:
S.G. – Specifieke zwaartekracht van te meten vloeistof
Pf – Dichtheid van te meten vloeistof (g/cm3)
Pw – Dichtheidswater (g/cm3)
Merk op dat eenheden voor dichtheid kunnen worden gebruikt zolang ze voor de vloeistof en het water hetzelfde zijn, omdat de verhouding van de twee waarden altijd hetzelfde zal zijn.
Dit geeft vloeistoffen met een hogere dichtheid dan water, een SG-waarde > 1 en vloeistoffen die minder dicht zijn dan water en een SG-waarde <1.
Het meten van de specifieke zwaartekracht
In de eerste plaats zijn er twee manieren waarop S.G. kan worden gemeten zoals hieronder wordt vermeld:
Hydrometer
Een hydrometer is een apparaat dat kan worden gebruikt om direct de S.G. van een vloeistof die slechts een klein monster
van de vloeistof nodig heeft.
Door een cilindrische houder met het te testen fluïdum te vullen en de hydrometer in de houder te plaatsen zodat deze in de vloeistof wordt gesuspendeerd, wordt de S.G. van de vloeistof kan worden afgelezen vanwaar het vloeistofoppervlak de schaal op de hydrometer raakt.
Voor een nauwkeurige aflezing, zorg ervoor dat de hydrometer volledig gesuspendeerd is in de vloeistof, d.w.z. het raakt de zijkanten of onderkant van de container niet aan en is correct gekalibreerd. De hydrometer kan worden gekalibreerd door water te gebruiken als de vloeistof die wordt getest in de standaardconditie van 4°C en te controleren of de S.G. lezen is 1.
Berekening met dichtheid/gewicht
Uit de definitie van S.G. kunnen we, als we de dichtheid van de vloeistof kennen, direct de S.G. van de vloeistof door deze waarde te delen door de dichtheid van water onder dezelfde omstandigheden. Aangezien dichtheid gelijk is aan massa ten opzichte van volume, is de S.G. kan ook worden berekend door de massa van de vloeistof te delen door de massa water voor hetzelfde volume vloeistof en water.
Combinatie van meerdere vloeistoffen met verschillende specifieke zwaartekracht
Wanneer meerdere vloeistoffen van verschillende S.G. gemengd zijn, is het product een nieuwe vloeistof met een eigen S.G. wat anders is dan de componenten die het hebben gevormd. The S.G. van het mengsel kan als volgt worden gevonden:
SGi – Specifieke zwaartekracht van soorten i
xi – Massafractie van soorten i
Neem als voorbeeld twee vloeistoffen, A en B, waarbij A een S.G. van 1.0 en B heeft een S.G van 1.5 en worden samen gemengd in een verhouding van 2:3 op gewichtsbasis, dat wil zeggen 40% van het product is samengesteld uit en de resterende 60% van het product bestaat uit B.
The S.G. van het product kan als volgt worden berekend:
Effect op Mengen
Het is belangrijk om de S.G. van de vloeistoffen die worden gemengd bij de beslissing welk type menger moet worden gebruikt. Dit komt omdat de S.G. van de vloeistoffen heeft een effect op de vermogensvereisten om een goede menging te bereiken.
Voor Newton-vloeistoffen, zoals S.G. stijgt, neemt ook de kracht die nodig is voor het mengen toe en dus als S.G. werd niet meegerekend bij het bepalen van het type waaier en versnellingsbak dat vereist is voor de menger, het is waarschijnlijk dat het vereiste vermogen zou worden onderschat en als gevolg daarvan de menger zou beschadigen.
Vloeistof / Vloeistof Mengen
In toepassingen waar twee of meer vloeistoffen moeten worden gemengd, is het verschil in S.G. kan een belangrijke factor zijn. Zelfs als de twee componenten mengbaar zijn, als er een groot verschil is, is S.G. ze zullen zich splitsen in twee afzonderlijke lagen. Als één component een lagere S.G. dan de andere, zal het de neiging hebben om bovenop het grootste deel van de stroom te drijven en het zal moeilijk zijn om in het product op te nemen. Als het product een hogere S.G. het zal de neiging hebben om naar de bodem te vallen en het zal moeilijk zijn om in de bulkvloeistof op te nemen.
Hoe groter het verschil in S.G. tussen twee componenten, des te groter de mengintensiteit die nodig is om ze effectief te mengen. Mengen kan ook worden bevorderd door de toevoeging van een tweede waaier nabij de bovenkant van het vloeistofniveau dat wordt gebruikt om opzettelijk een kleine werveling te creëren. Dit trekt de lichtere component van het oppervlak van de vloeistof naar de hoofdmassa.
Een soortgelijk idee wordt bereikt met het gebruik van een “kicker” -rotor met een laag niveau aan de onderkant van de tank om de zwaardere component in het grootste deel van de vloeistof te trappen.
Vast / Vloeibaar Mengen
In toepassingen met vaste suspensie was het verschil in S.G. kan zelfs grotere problemen opleveren. Als de vaste stof uiteindelijk niet in de vloeistof zal oplossen, moet de mixer constant werken om de vaste stoffen in de vloeistof te laten zweven. Dit kan betekenen dat roeren met hoge intensiteit vereist is, met grote motoren en hoge rotorsnelheden die vereist zijn om ervoor te zorgen dat de vaste stoffen blijven hangen.
Net als bij mengen met vloeistof / vloeistof, kan het plaatsen van een tweede waaier aan de bovenkant van de mengtank helpen lichtere componenten in de bulk van de vloeistof te trekken, waar de hoofdrotor ze door de vloeistof kan verspreiden. En waaiers van het lage niveau van het kickertype kunnen worden gebruikt om zware vaste stoffen van de bodem van de tank te schoppen, waar ze gemakkelijker in de stroom vanaf de hoofdrotor kunnen worden ingevoerd en naar bulkvloeistof worden getransporteerd.
Brixschaal (°bx)
Een gebruikelijke manier om de S.G. van een vloeistof indirect, is van de graden Brix van de vloeistof. Eén graad Brix (1°bx) wordt gedefinieerd als 1 gram sucrose in 100 gram waterige oplossing. Voor vruchtensapconcentraten en andere suikerhoudende producten wordt het suikergehalte waarschijnlijk geleverd door de fabrikant en uit deze S.G. van de vloeistof kan worden gevonden.
Achtergrond
Vernoemd naar de 19e-eeuwse wetenschapper Adolf Brix, werd de Brix-schaal oorspronkelijk ontworpen voor brouwers om het suikergehalte van hun product te vinden. De brouwer meet eerst het specifieke zwaartekracht van het product en gebruikt vervolgens een reeks gepubliceerde gegevenstabellen om de equivalente concentratie van sucrose op procentuele massa op te zoeken. De gegevens werden verzameld door pure sucroseoplossingen met een bekende sterkte te bereiden en hun soortelijk gewicht en massapercentage sucrose te meten.
Tegenwoordig wordt de Brix-schaal nog steeds gebruikt door industrieën zoals suiker, wijnbereiding en vruchtensap als een middel om het relatieve suikergehalte te vergelijken.
Conversie tussen Brix en specifieke zwaartekracht
Voor het ontwerpen van een mixer willen we de Brix-waarde terug naar S.G. en dit kan gedaan worden met de originele opzoektabellen,
of met de onderstaande formule:
Het omzetten van Brix (°bx) naar specifieke zwaartekracht (SG):
Specifieke zwaartekracht (SG) converteren naar Brix (°bx):
Merk op dat deze empirisch zijn en moeten worden gebruikt voor waarden van meer dan 40°bx of 1.18 SG.
Perceel graden Brix versus relatieve zwaartekracht |
|
| Specifieke Zwaartekracht |
 |
|---|---|
| Graden Brix |
Plot van de Graden Brix vs Suikergehalt |
|
| Suikergehalte (g/l) |
 |
|---|---|
| Graden Brix |
John Whittle MEng (Hons)
