Viscositeit

Definitie

Viscositeit is een vloeistofeigenschap die een inwendige weerstand van een fluïdum tegen stroming of vervorming beschrijft, en is een van de belangrijkste vloeibare eigenschappen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van een menger. Er zijn twee gemeenschappelijke maten van viscositeit, dynamische viscositeit (μ) en kinematische viscositeit (ν). De relatie tussen dynamische viscositeit en kinematische viscositeit wordt hieronder weergegeven:

Latex formula

ν – Kinematische viscositeit (cSt)
µ – Dynamische viscositeit (cP)
ρ – Dichtheid (g/cm3)

Dynamische viscositeit is het meest relevant voor mengtoepassingen, omdat dit de vloeistofweerstand tegen stroming onder schuifspanning beschrijft, terwijl de kinematische viscositeit de weerstand tegen stroming onder de zwaartekracht beschrijft.

Newtoniaanse vloeistoffen

In Newton-vloeistoffen wordt de dynamische viscositeit beschreven als de verhouding van de schuifspanning tot de snelheidsgradiënt in een vloeistof. De viscositeit blijft constant door variërende schuifspanning en na verloop van tijd, en de relatie wordt getoond in de onderstaande vergelijking:

Latex formula

τ – Afschuifspanning
µ – Dynamische viscositeit
du/dy – Snelheidsgradiënt

De meeste vloeistoffen kunnen worden gemodelleerd als Newton-vloeistoffen en dit is het type vloeistof dat we tegenkomen bij de meeste mengtoepassingen.

Niet-Newtoniaanse vloeistoffen

Andere soorten vloeistof kunnen niet-Newtoniaans gedrag vertonen waarbij de viscositeit geen constante waarde is en verandert in reactie op een andere variabele.
Sommige hiervan staan hieronder vermeld:

  • Pseudo-plastische of afschuifverdunnende vloeistoffen zijn het meest voorkomende type niet-Newton-vloeistof dat we tegenkomen.
    In deze vloeistoffen neemt de viscositeit af met een toename van de uitgeoefende schuifspanning.
  • Thixotrope vloeistoffen gedragen zich als pseudo-plastische vloeistoffen, behalve dat de viscositeit ook afneemt in de tijd onder schuifspanning.
  • Dilatant en Preoptic vloeistoffen zijn het equivalent van respectievelijk pseudo-plastische en thixotropische vloeistoffen,
    behalve dat hun viscositeit toeneemt met respectievelijk afschuifsnelheid en tijd.
  • Visco-elastische vloeistoffen vertonen een combinatie van viskeuze en elastische eigenschappen wanneer ze worden gestrest.
    Dit betekent dat ze zich gedeeltelijk gedragen als een elastische vaste stof en de neiging hebben om na vervorming terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm.
  • Bingham-kunststoffen hebben een minimale schuifspanning die vereist is voordat enige stroming van het materiaal zal plaatsvinden.

Enkele veel voorkomende niet-Newtonse vloeistoffen zijn verven op waterbasis, polymeeroplossingen en veel producten voor voedsel en persoonlijke verzorging zoals tandpasta en tomatenketchup.

Viscositeit Meten

Viscositeit wordt gemeten met een instrument dat bekend staat als een viscometer of reometer en er zijn meerdere verschillende typen, waarvan de meest voorkomende hieronder worden uitgelegd:

FOLLING SPHERE VISCOMETER

Falling Sphere Viscometer

De viscosimeters van het vallende bol-type bestaan uit een kleine bol en een stationaire glazen buis gevuld met de vloeistof die moet worden getest. De bol mag door de vloeistof vallen en de tijd die nodig is om tussen twee punten door te gaan wordt gemeten. Met behulp van de wet van Stokes kan de dynamische viscositeit vervolgens worden berekend met behulp van de dichtheid van het fluïdum en de bol.

Viscositeitsbekers

Viscositeitsbekers zijn een type viscositeitsmeetinrichting bestaande uit een kom met een nauwkeurig bemeten opening in de basis. De beker wordt gevuld met de te meten vloeistof en de tijd die de vloeistof nodig heeft om uit de beker door de opening te lopen, wordt genomen. Vanaf deze tijdwaarde kan de kinematische viscositeit worden berekend met behulp van conversieformules of tabellen die door de fabrikant worden verstrekt.

Viscositeitsbekers worden veel gebruikt in de verf- en coatingsindustrie.

ROTATIEVISCOSIMETER

Rotatieviscosometer

Een meer verfijnd type reometer is de viscometer van het roterende spindeltype. Deze instrumenten werken op basis van het Searle-principe, waarbij het draaimoment dat nodig is om een spil in elk fluïdum met een bepaalde snelheid te roteren evenredig is met de viscositeit van de vloeistof.

De snelheid van de roterende spil kan gewoonlijk worden gevarieerd, hetgeen het effect heeft van het variëren van de schuifspanning die het fluïdum ondervindt. Dit maakt rotatie viscometers mogelijk om te worden gebruikt voor het meten van het viscositeitsprofiel van niet-Newtoniaanse vloeistoffen die verschillende viscositeiten bij verschillende niveaus van schuifspanning vertonen.

VISCOSITEITSBEKERS
CategorieVloeistofSpecifieke Zwaartekracht @ 16°CAbsolute Viscositeit (cP)Temperatuur (°C)Viscositeit Type
Industriële ProductenAcetaatlijm1200 - 140020T
Industriële ProductenAlcohol, Isopropyl2  Kamer Temperatuur
Industriële ProductenAlkydharsen500 - 3,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenAntivries15 Kamer Temperatuur
EtenswarenBabyvoedsel140093T
EtenswarenBeslag2950030T
EtenswarenBier18   Kamer Temperatuur
EtenswarenBietensaus195076T
Industriële ProductenBenzine5   Kamer Temperatuur
EtenswarenBiscuit Cream Premix2920018T
FarmaceutischeBloed10 Kamer Temperatuur
Vis en Dierlijke OliënBot Olie0,924854N
EtenswarenBiergist36818T
EtenswarenBouillon mix43018T
ZuivelproductenBoter Ontgeurd4550N
ZuivelproductenBotervet2065N
ZuivelproductenBoter30,000   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenBotercrème, zuur550   Kamer Temperatuur
EtenswarenJohannesbroodbonen saus150030T
Plantaardige OlienWonderolie0,9658027N
Industriële ProductenBoorverbinding5,000,000 - 10,000,000 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenNatronloog 50%45   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenZachte kaas30,000 Kamer Temperatuur
Plantaardige OlienChinawood Oil0,9430021N
EtenswarenChocolade28049T
EtenswarenChocolade siroop2,250   Kamer Temperatuur
EtenswarenCitrusvruchtenpulp1,2760020T
Industriële ProductenReinigen van Emulsies1,500   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenCacaoboter0,925060N
Plantaardige OlienKokosnootolie0,935524N
Vis en dierlijke oliënKabeljauwolie0,933238N
EtenswarenKoffielikeur 30-4010 - 10020T
ZuivelproductenGecondenseerde melk40 - 8040-50N
ZuivelproductenGecondenseerde melk 75 vaste stoffen1,3216020T
Plantaardige OlienMais olie0,922857N
EtenswarenCorn syrup15,000   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenKwark3000018T
Plantaardige OlienKatoenzaadolie0,886224N
ZuivelproductenCrème 30 Vet11416N
ZuivelproductenCrème 45 Vet0,994816N
ZuivelproductenCrème 50 Vet0,9811216N
ZuivelproductenCrème 50 Vet5532N
ZuivelproductenRoomkaas100,000   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenCream, clotted20,000 Kamer Temperatuur
ZuivelproductenCream, double120 Kamer Temperatuur
ZuivelproductenCream, enkel50   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenCream, zuur15,200 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenCresol-kristallen1018T
EtenswarenVla1,6150085-90T
FarmaceutischeWasmiddelen147070T
Industriële ProductenDiesel14 Kamer Temperatuur
Glycol-productenDiethylene1,123221N
Industriële ProductenDipropyleneglycol107   Kamer Temperatuur
EtenswarenEetbare Olie0,96520N
Industriële ProductenEpoxyhars5,000 - 10,000   Kamer Temperatuur
Glycol-productenEthyleen1,121821N
Glycol-productenEthyleenglycol16   Kamer Temperatuur
EtenswarenFruitsap1,0455-7518N
Brandstof en SmeeroliënStookolie no 412 Kamer Temperatuur
EtenswarenGelatine 37 Vaste Stoffen119043T
EtenswarenGelatine1,200   Kamer Temperatuur
EtenswarenGlucose1,34300 - 860025-30T
Industriële ProductenLijm, Gun Rang5,000 - 50,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenLijm, Gietbaar3,000 - 5000 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenGlycerine 1001,26 bij 20 °C64820N
FarmaceutischeGlycerine1,000 - 2,000 Kamer Temperatuur
Glycol-productenGlycol20   Kamer Temperatuur
EtenswarenGravy Drijfmest111080T
PharmaceuticalsHand Creme8,000   Kamer Temperatuur
PharmaceuticalsHand Lotion5,000   Kamer Temperatuur
EtenswarenHoning1,800 - 3,000 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënHydraulische Olie30 - 120 Kamer Temperatuur
EtenswarenSuikerglazuur10,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenDrukinkten, Vloeibare550 - 2,200   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenIsopropylalcohol1,111,985N
EtenswarenJam Garneer844016T
EtenswarenJam8,500   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenKerosine10 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenLak 25 vaste stoffen300018T
Verven en VernissenLak, Op Waterbasis900 Kamer Temperatuur
Verven en VernissenLakken 25% Pigmenten3,000 Kamer Temperatuur
Vis en Dierlijke OliënReuzel0,966238N
Vis en Dierlijke OliënReuzel Olie0.91-0.9340 - 4738N
FarmaceutischeLatex Emulsie120024T
Verven en VernissenLatex Neopreen5,000   Kamer TemperatuurT
Verven en VernissenLatex Verf750   Kamer TemperatuurT
Plantaardige OlienLijnolie Rauw0.93-0.942938N
Plantaardige OlienLijnolie30- 70 Kamer Temperatuur
FarmaceutischeVloeibare Zeep85   Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënSmeerolie60- 200   Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMachine Olie, Zware600   Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMachine olie, licht150   Kamer Temperatuur
EtenswarenMout-extract1,4300060T
EtenswarenMout Extract 80950018T
EtenswarenAhornsiroop150 - 300 Kamer Temperatuur
EtenswarenMayonaise5,000 - 20,000 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenMethylethylketon4   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenMelk1.02-1.05218N
ZuivelproductenMilk Whey 48 Suiker800 - 150040T
ZuivelproductenMelk Gecondenseerde6,000   Kamer Temperatuur
ZuivelproductenMelk Ingedampt6,100   Kamer Temperatuur
EtenswarenAsteivulling10000030T
EtenswarenMelasse5,000 - 10,000 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 1050 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 20125   Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 30200 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 40320 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 50540 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 601,000 Kamer Temperatuur
Brandstof en SmeeroliënMotorolie SAE 701,600 Kamer Temperatuur
EtenswarenMousse Mix12005T
Industriële ProductenNaOH 201,22118N
Industriële ProductenNaOH 301,33118N
Industriële ProductenNaOH 401,432018N
Plantaardige OlienOliezuur40   Kamer Temperatuur
Plantaardige OlienOlijfolie0,914038N
EtenswarenOranje-sap Concentraat30 Brix63020N
Verven en VernissenVerf, Op Basis Van Water2,400   Kamer Temperatuur
Plantaardige OlienPalmolie0,924338N
EtenswarenPannenkoekenbeslag2,200   Kamer Temperatuur
FarmaceutischeParaffine Emulsie1,2300018T
Industriële ProductenParaffine10 Kamer Temperatuur
Plantaardige OlienPinda-olie0,923838N
EtenswarenPindakaas150,000 - 250,000 Kamer Temperatuur
Plantaardige OlienPinda-olie100   Kamer Temperatuur
EtenswarenPectine30038N
Industrial ProductsPetrol, Benzine8   Kamer Temperatuur
FarmaceutischeVaseline
64,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenPlastisol2,52800018T
Industriële ProductenPolyester1.1 at 30300030T
Industriële ProductenPolyesterhars3,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenPolyglycerine Caprinaat6,000 - 7,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenPolyisobutyleen1.09 at 85°1250085T
Industriële ProductenPolymer Oplossing20,000   Kamer TemperatuurT
Industriële ProductenPolyol, Niet Gepigmenteerd500 - 5,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenPolypropyleen24000050T
Industriële ProductenKaliumhydroxide67   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenPrinters Inkt550 -220038T
ZuivelproductenVerwerk Kaas3000018T
Glycol-productenPropyleen1,045221N
Industriële ProductenStopverf100,000,000 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenPVA Hars65,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenHars Oplossing88024T
Industriële ProductenResin Gietbaar880 - 975 Kamer Temperatuur
Industriële ProductenHars Oplossing7,100   Kamer Temperatuur
EtenswarenRijstpudding10000100T
EtenswarenSalade Dressing1300 -260018T
EtenswarenSaus - Apple1,150080T
Plantaardige OlienSesamolie94   Kamer Temperatuur
FarmaceutischeShampoo3,000 - 5,000 Kamer Temperatuur
FarmaceutischeZeep Arylan1.0 at 40°C63060T
FarmaceutischeZeep Oplossing1.03 at 60°C8260T
EtenswarenSorbitol1,2920020N
Plantaardige OlienSojabonenolie0,936024N
EtenswarenSojabonenmest5000 -10,00050-90T
EtenswarenSpaghetti Sau1,000   Kamer Temperatuur
Vis en Dierlijke OliënSperma Olie0,882438N
EtenswarenZetmeeloplossing 25%300   Kamer Temperatuur
EtenswarenSuikerstroop, sucrose1,210   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenSulfonzuur1,0412530T
Industriële ProductenTitaandioxide5,000   Kamer Temperatuur
Industriële ProductenToluol6   Kamer Temperatuur
EtenswarenTomatenketchup100030T
EtenswarenTomatenpasta 3019518T
EtenswarenTomatensap180   Kamer Temperatuur
EtenswarenTomatenketchup1,000   Kamer Temperatuur
EtenswarenTomatenpuree50,000   Kamer Temperatuur
EtenswarenTomatensaus2,600   Kamer Temperatuur
FarmaceutischeTandpasta70,000 - 100,00018T
Industriële ProductenTriacetaat Dope48,000 / 60,00040T
Glycol-productenTriethylene1,124021N
Plantaardige OlienTerpentijn0,86216N
Verven en VernissenVernis320   Kamer Temperatuur
Plantaardige OlienPlantaardige Olie40   Kamer Temperatuur
EtenswarenAzijn12 - 1520N
FarmaceutischeWas0,950093T
Vis en Dierlijke OliënWalvisolie0,9325 - 3938N
ZuivelproductenWei800 - 1,500 Kamer Temperatuur
ZuivelproductenHele Ei1504,5T
EtenswarenGist Surry2018T
ZuivelproductenYoghurt3,000 - 8,000 Kamer Temperatuur
DO NOT DELETE THIS SECTION


Kinematisch
Viscositeit
(cSt)


Beker Type

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
‘Ultra Laag’ Beker536884
Shell Beker #11721.526354657
Shell Beker #218.32230.4394756
Shell Beker #2.519253035.646.657
Shell Beker #318.62228.635424855
Shell Beker #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Shell Beker #4182124273037455260
Shell Beker #516202428323640444852566064
Shell Beker #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Zahn Beker #130.53235384245526068
Zahn Beker #218192022.5252830343843536372
Zahn Beker #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Zahn Beker #4171819.52122.52426283032384551546570
Zahn Beker #51718.5202122.527313540454960
Ford Beker #3323740435363738393103113120130
Ford Beker #42022252835404855627076829098103
ISO Beker #4263339465360
DIN Beker #420222426283035404650566171
AFNOR Beker #420222426283035404650566171
Norcross Beker #1313640537087
Norcross Beker #21923283445556776
Norcross Beker #31720253035404550556879
Norcross Beker #41822273236404448535761656885
Norcross Beker #5202226313641455062


Kinematisch
Viscositeit
(cSt)


Beker Type

12347.5101520253040506070809010012515017520022525027530032535037540050060070080090010001250
‘Ultra Laag’ Beker536884
Shell Beker #11721.526354657
Shell Beker #218.32230.4394756
Shell Beker #2.519253035.646.657
Shell Beker #318.62228.635424855
Shell Beker #3.517.52024.629.23438.44347.859.4
Shell Beker #4182124273037455260
Shell Beker #516202428323640444852566064
Shell Beker #617.51920.522.5242531.537.5445056.56378
Zahn Beker #130.53235384245526068
Zahn Beker #218192022.5252830343843536372
Zahn Beker #31719.52224.527303235.53841434548.55870
Zahn Beker #4171819.52122.52426283032384551546570
Zahn Beker #51718.5202122.527313540454960
Ford Beker #3323740435363738393103113120130
Ford Beker #42022252835404855627076829098103
ISO Beker #4263339465360
DIN Beker #420222426283035404650566171
AFNOR Beker #420222426283035404650566171
Norcross Beker #1313640537087
Norcross Beker #21923283445556776
Norcross Beker #31720253035404550556879
Norcross Beker #41822273236404448535761656885
Norcross Beker #5202226313641455062

Effect op Mengen

De viscositeit van vloeistoffen is een van de belangrijkste overwegingen bij het ontwerpen van een mixer voor een bepaalde toepassing.

Hoe groter de viscositeit van een vloeistof, des te meer energie er nodig is om de vloeistof te mengen, en dit betekent grotere waaiers en krachtigere motoren om ze te laten draaien. Voor hoogviskeuze materialen kan het nodig zijn om een impeller van het type ‘close clearance’ te gebruiken, zoals een rotorblad met schroefdraad of spiraal, om een adequate menging over het volledige tankvolume te verkrijgen.

Laminair en Turbulent Mengen

Mengen bij lage viscositeit gebeurt bijna altijd onder turbulente omstandigheden.
Dit betekent dat het mengen wordt geregeld door traagheidskrachten in plaats van door moleculaire diffusie, en het mengen wordt bereikt door de vele draaikolken en vortices die door de mixerwaaier worden gecreëerd.

Waaiers, zoals de draagvleugelboot en turbinetype schoepen met schoepen, worden gebruikt voor het mengen met lage viscositeit, omdat ze grote pompcapaciteiten bieden en grote hoeveelheden turbulentie in het mengvat veroorzaken.

Aan de andere kant vindt het mengen bij hoge viscositeiten voornamelijk plaats in het laminaire stromingsregime waar de viskeuze krachten domineren, enige turbulentie dempend, en moleculaire diffusie de belangrijkste bron van menging is. Om de moleculaire diffusie te ondersteunen, is het doel van het mengen in het laminaire regime het “snijden en vouwen” van het fluïdum zodat er een groter tussenvlakgebied is tussen de verschillende fluïda voor de diffusie om plaats te vinden.

Hier worden schoepen met een poort of schroeftype gebruikt als het grote oppervlak gepresenteerd aan de vloeistof helpt om de actie “snijden en vouwen” te vergroten over het hele tankvolume.

De onderstaande grafiek toont de geschikte viscositeitsbereiken voor verschillende typen standaard waaiers.

Perceel waaiertypen en hun geschikte bedrijfsviscositeiten
PERCEEL IMPELLERSOORTEN EN HUN GESCHIKTE WERKVISCOSITIES

Niet-Newtoniaanse menging

Het bereiken van voldoende vermenging in niet-Newtoniaanse vloeistoffen kan een uitdaging zijn. Als u een niet-Newtoniaanse mengtoepassing hebt en u hulp nodig hebt bij het selecteren van een geschikte agitator, neem dan contact op en een van onze applicatie-engineers helpt u graag verder.

Statische Mengers

ELEMENT VAN STATISCHE MENGER

Het effect van de viscositeit op het mengen in een inline statische menger is vergelijkbaar met de effecten op geroerde tankmengers. Voor toepassingen met lagere viscositeit wordt het mengen gedomineerd door turbulente draaikolken, terwijl toepassingen met hogere viscositeit nog steeds gedomineerd worden door moleculaire diffusie en vertrouwen op dezelfde “snij- en vouw” -werkwijze van mengen als hierboven beschreven geroerde tankmengers.

STATISCH MENGSELEMENT

Verschillende soorten mengelementen worden gebruikt voor vloeistoffen met een lage en hoge viscositeit en volgen over het algemeen dezelfde principes als roerders van geroerde tanks. Hoe hoger de viscositeit, hoe groter en ingewikkelder de mengelementen in de buis worden geplaatst om te zorgen voor menging over de gehele buisdiameter, en dit verhoogt de drukval over de menger. Dit verhoogt het vermogen dat van de pomp wordt gevraagd, zodat, zoals in geroerde tankmengers, meer vermogen nodig is voor het mengen van vloeistoffen met hoge viscositeit.

John Whittle MEng (Hons)

John Whittle MEng (Hons)

Start typing and press Enter to search