Akışkan Reolojisi Deney Föyü - Süleyman Demirel Üniversitesi

SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ
KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
2015-2016 GÜZ DÖNEMİ
KMM 410
KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI II
NEWTONYEN OLMAYAN AKIŞKANLARIN REOLOJİK
DAVRANIŞLARI
Yrd. Doç. Dr. S.Gamze ERZENGİN
NEWTONYEN OLMAYAN AKIŞKANLARIN REOLOJİK
DAVRANIŞLARI
AMAÇ
Bu deneyde sıvı akışkan olan çimento hamurunun reolojik davranışı incelenecektir.
Newtonyen ve Newtonyen olmayan akışkanlar hakkında teorik bilgi verildikten sonra,reoloji
bilimine giriş kapsamında öğrencilere temel konular aktarılacaktır.Newtonyen olmayan
akışkanlardan çimento hamurunun reolojik davranışı Bingham,Herschel Bulkley ve Casson
modellerine göre incelenecek ve reolojik sabitler hesaplanacaktır.
ARAÇ- GEREÇ VE KULLANILAN MALZEMELER








Anton Paar Mcr 52 Reometre
Mikser
Beher
Plastik Kaşık
Hassas Terazi
Damlalık
Çimento
Su
1.GİRİŞ
Reoloji, cisimlerin gerilme altında zamana bağlı şekil değişimini (deformasyon) inceleyen
bilim dalıdır.Genel olarak katıların deformasyonu ve sıvıların akış özelliklerini belirlemek
amacıyla kullanılır.İster katı ister sıvı olsun her malzeme gerilme altında şekil değiştirir.
Soluduğumuz hava, içtiğimiz su; yani sıvılar ve gazlar hepsi birer akışkandır. Reoloji
bilimi ana konusu akışkanlar; Newtonyen (Newtonian) ve Newtonyen olmayan (nonNewtonian) akışkanları incelemektedir.
Viskozite, akışkanın akma davranışında etkili olan bir özelliktir ve akışkanın kayma
gerilimine karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır.Bir kayma kuvveti durgun olan bir
akışkana uygulandığında,o akışkanın deformasyonuna neden olur.Moleküler çekim ve
moleküler momentumun taşınması akışkanın viskozitesinde iki ana sebeptir.
Tek tek tabakaların birbirine göre hareketini frenleyen kuvvete sıvıların iç sürtünmesi
veya dinamik viskozitesi (mutlak viskozite) denir.
Sıvının dinamik viskozitesinin aynı sıcaklıktaki yoğunluğuna bölünmesi ile kinematik
viskozite elde edilir.
Hızın artmasıyla viskozitenin düşmesi olayına kayma incelmesi denir.
Bir yüzeye etkiyen net bileşke kuvvetin yüzeye paralel bileşeninin yüzeyde oluşturduğu
gerilmeye kayma gerilmesi denir.
Akışkanlar Newtonyen veya Newtonyen olmayan (non-newtonian) olarak
sınıflandırılabilir. Newtonyen akışkanlarda, uygulanan kayma gerilimi ile oluşan deformasyon
hızı arasında doğrusal bir ilişki vardır.
Tuzla şekerin sulu çözeltileri veya etil alkol, benzen,su gibi newtonyen akışkanların belirli
sıcaklıklarda sabit viskoziteleri vardır(Dinamik veya mutlak viskozite). Ancak yüksek
polimer ağırlıklı polimerler,kolloidler süspansiyonlar ve emülsiyonlar gibi endüstride önemli
olan akışkanların çoğu newtonyen olmayan akışkanlardır ve daha kompleks davranışlar
gösterirler.Newtonyen olmayan akışkanlarda, uygulanan kayma gerilimi ve açısal
deformasyonu hızı arasında doğrusal olmayan bir ilişki vardır.Viskozite hız gradyanından
bağımsız değildir.Şöyleki viskozite akışkandaki kaymanın (akışkanın paralel yüzeylerinin
hızları arasındaki farkın paralel yüzler arasındaki mesafeye oranı) hızıyla değişecektir.Yine bu
gruba dahil akışkanlar sabit sıcaklıklarda da değişken viskoziteye sahiptir.
2.TEORİ
Kinematik viskozitelerde,yerçekiminin etkisi sürücü kuvvettir.Örneğin; akış kapları
kapiler viskozimetreler veya düşen toplu viskozimetreler ile viskozite ölçümü
gerçekleştirildiğinde “kinematik viskozite” elde edilir.
v =kinamatik viskozite
η=dinamatik viskozite
ρ =özgül ağırlık
AKIŞ VE VİZKOZİTE EĞRİLERİ
1-)İdeal viskoz (newtonyen) akışkan
2-)Kayma incelmesi(pseudoplastic)
3-)Kayma kalınlaşması(dilatant)
Akış Eğrisi
Viskozite Eğrisi
3.MODEL FONKSİYONLAR
3.1.Bingham Modeli
τ= τB + ηB × γ
τ=Kayma Gerilimi (Pa)
τB=Bingham’a göre eşik kayma gerilimi
γ=Kayma hızı (1/s)
ηB=Bingham viskozite
3.2.Herschel-Bulkley Modeli
τ= τHB +C×γP
τ=Kayma Gerilimi (Pa)
τHB=Herschel- Bulkley’e göre eşik kayma
gerilimi (Pa)
C=Akma katsayısı/Herschel-Bulkley
viskozite (Pa×s)
γ=Kayma hızı (1/s)
P=Herschel-Bulkley indeksi
P=1 Bingham davranışı
P>1 Kayma kalınlaşması
P<1 Kayma incelmesi
3.3.Casson Modeli
y1/d=a + bx1/d
(y1/d)d=(a+bx1/d)d
y=ad+…..+bdx
τ0
η
d=1 Bingham davranışı
d<1 Kayma kalınlaşması
d>1 Kayma incelmesi
DENEYSEL
A)Deneyin Yapılışı



600 g çimento ile 240 g su tartılarak mikserde düşük devirde 1,5 dakika ve sonra
2,5 dakika yüksek devirde karıştırılır.
Hazırlanan karışım reometre ölçüm kabına aktarılır.
Anton Paar MCR 52 Reometre cihazı ile reolojik davranışı incelenen örneğin
reocompass yazılımı ile reolojik modelleri elde edilir.
B)Deney Sonuçlarının Yorumlanması




Su / çimento oranı 0,4 olan çimento hamurlarının (1-500 s-1) kayma hızı
değişimine bağlı kayma gerilimi verileri kaydedilir ve grafikleri çizilir.
Bingham,Herschel-Bulkley ve Casson reolojik modellerine göre viskozite ve eşik
kayma gerilimi değerleri hesaplanır.
Viskozite-kayma hızı verileri grafiğe aktarılır ve her bir modele göre yorumlanır.
Sonuçlar, MCR 52 reometre cihazından elde edilen çıktılar ile karşılaştırılır.