Pengaruh Newtonian & Non Newtonian pada Pengukuran

 Newtonian VS Non Newtonian Liquid

 

    Tujuan dan Pembahasan Lingkup  tentang Cairan Non-Newtonian Pengetahuan tentang reologi fluida sangatlah penting dalam desain peralatan proses seperti pipa, pompa, pengekstrusi, mixer, pelapis dan penukar panas. Perilaku reologi dapat dibagi menjadi Newtonian dan kategori non-Newtonian dan sebagian besar cairan menunjukkan karakteristik non-Newtonian setidaknya pada sebagian dari rentang laju geser yang dapat dicapai dalam praktik. Ada banyak bentuk sifat non-Newtonian , dan masing-masing bentuk ini harus dipertimbangkan secara terpisah dalam proses desain.

    Secara umum, cairan bersifat sebagai Newton jika mereka tersusun dari bahan dengan berat molekul rendah (apakah sebagai cairan murni atau dalam bentuk larutan molekul komponen tunggal), atau ketika suhunya baik di atas titik leleh. Perilaku Newton ditandai oleh viskositas yang konstan seuhubungan dengan  laju geser (lihat Bagian 3.1). Desain data untuk peralatan proses yang  membawa cairan Newtonian baik dikembangkan. Misalnya, data untuk sistem pipa yang membawa cairan Newtonian disediakan dalam Volume 1-4
Mekanika Fluida ESDU, Sub-seri Aliran Internal.


Non Newtonian

    Cairan, secara umum, dapat menunjukkan rentang laju geser sifat Newton dan non-Newtonian. Fenomena  ini diilustrasikan sebagai contoh fluida oleh Sketch 3.1, yang menunjukkan keberadaan karakteristik laju geser di bawahnya memperlihatkan siafat Newton. sifat  ini diamati di mana ada hubungan linier  antara tegangan geser dan laju geser dengan intersep nol dan kemiringan viskositas konstan. Apa saja penyimpangan dari perilaku Newton dikatakan non-Newtonian. Ada banyak jenis perilaku non-Newtonian (lihat Bagian 3.2.2). Kurva aliran (yaitu, plot tegangan geser (shear stress) terhadap laju geser (shear rate) menggambarkan sifat Newton dan non-Newton yang ditunjukkan pada gambar 3.1

     Dalam serangkaian cairan yang homolog (seperti peningkatan keadaan yang tergantung pada kandungan padatan, larutan polimer dari peningkatan  konsentrasi atau lelehan polimer dari kenaikan berat molekul), karakteristik laju geser di atas pada sifat  fluida tidak lagi menurun dengan peningkatan konsentrasi Newtonian atau berat molekul atau dengan penurunan suhu. 

Gambar 3.1 menunjukkan bahwa untuk konsentrasi tinggi atau bahan berat  molekul, karakteristik laju gesernya sangat rendah sehingga hanya dalam kondisi normal sifat non-Newtonian akan terlihat jelas.

Gambar 3.1 Ilustrasi sifat kurva aliran Newtonian dan non-Newtonian
 

3.2 Klasifikasi Cairan

 
      Cairan diklasifikasikan dalam dua cara: 

    • dengan mempertimbangkan pengaruh kondisi fase pada perilaku aliran (lihat Bagian 3.2.1) 

• reologi menurut jenis  (lihat Bagian 3.2.2).

3.2.1 Klasifikasi berdasarkan kondisi fase   

     Cairan dapat diklasifikasikan berdasarkan kondisi fase mereka sebagai homogen, pseudohomogen (yaitu, mampu diperlakukan sebagai homogen) atau heterogen, seperti dirangkum dalam Sketsa 3.2. 

Sketsa 3.2 Klasifikasi fluida berdasarkan efek kondisi fasa pada sifat aliran 

    Sejumlah faktor mempengaruhi kondisi fase, salah satunya adalah sedimentasi di bawah gravitasi. Penangguhan dapat berupa settling atau non-settling. Sebagai contoh, suspensi partikel kasar, granular dan flokulasi cenderung menetap sedangkan suspensi partikel halus yang distabilkan memiliki kecenderungan pengendapan rendah.

      Jika partikel padat (dapat berupa padatan polimer dalam non-solvent) atau tetesan yang lebih padat, kedua Cairan tidak dapat bercampur  dalam media cair yang tertahan  cukup lambat di bawah gravitasi atau jika tetesan yang lebih ringan, cairan tak bercampur dalam media cair yang tertahan  cukup lambat sehingga tidak menyebabkan creaming, suspensi (atau emulsi) dapat dikarakterisasi secara viskometri. Penetapan yang 'tidak diselesaikan' ini adalah dianggap pseudohomogen (yaitu, partikel atau tetesan terdistribusi secara merata di seluruh media yang menetap). Oleh karena itu, metode viskometri biasanya dipakai untuk mengukur kurva aliran cairan homogen yang dapata digunakan untuk tahanan liquid  ini, meskipun perlu untuk menyadari sifatnya dari bahan saat melakukan pengukuran.

Sifat pengendapan dari suspensi (atau pembuatan emulsi) diatur terutama oleh kepadatan relatif dari fase dan ukuran benda (atau tetesan). Ada faktor lain yang bisa membuat cairan heterogen selama aliran, seperti partikel berserat, atau  konsentrasi fase terdispersi sangat tinggi.

3.2.2 Klasifikasi berdasarkan jenis reologi

     Cairan homogen dan pseudohomogen dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi berbagai jenis reologi atas dasar sifat mereka ketika mengalami pergeseran. Untuk cairan ini, ada tiga jenis utama perilaku reologi: murni kental, thixotropik dan viskoelastik. 

sifat murni kental (Purely viscous) 
ditandai oleh viskositas yang merespons secara instan perubahan langkah dalam laju geser atau tegangan geser. Ini ditandai dengan kurva aliran yang merupakan kurva melalui titik asal atau kurva atau garis lurus yang menunjukkan penyadapan pada sumbu tegangan geser. Viskositas tergantung pada laju geser dan tidak tergantung waktu.

Sifat thixotropic dicirikan oleh laju geser yang tergantung dan viskositas tergantung waktu. Untuk sebuah Sampel yang didiamkan (simpan) dengan baik (yaitu, sampel yang telah dibiarkan disimpan untuk sementara waktu untuk pulih dari efek sebelumnya Shear) ketika langkah peningkatan laju geser atau tegangan geser diterapkan, viskositas berkurang dengan waktu mencukur. Perilaku thixotropic umumnya dikaitkan dengan sistem partikulat (yaitu, padat / endapan cair, koloid, bubur, pasta dan emulsi).

Sifat  viskoelastik juga dicirikan oleh laju geser yang bergantung pada tingkat dan viskositas tergantung waktu dan, untuk sampel yang didiamkan dengan baik, ketika langkah peningkatan laju geser atau tegangan geser diterapkan, viskositas meningkat dengan waktu geser. Perilaku viskoelastik umumnya dikaitkan dengan sistem polimer.

Banyak cairan dapat menunjukkan kombinasi perilaku thixotropic dan viscoelastic sehingga tergantung waktusifat  yang sangat sulit untuk dikarakterisasi. Jika bahan thixotropic atau viscoelastic ditahan di bawah pergeseran konstan untuk waktu yang cukup lama (biasanya menit / jam untuk bahan thixotropic atau detik / menit untuk bahan viscoelastik) viskositas akan mencapai nilai kondisi stabil.

Merencanakan viskositas ini sebagai fungsi laju geser dalam bentuk tegangan geser versus plot laju geser akan menghasilkan kurva aliran kesetimbangan untuk bahan thixotropic atau pergeseran stabil kurva aliran untuk bahan viskoelastik. Ini berarti bahwa dalam operasi kondisi stabil dalam suatu proses (seperti memompa pipa), dimungkinkan untuk menghubungkan aliran cairan thixotropic dengan kurva aliran kesetimbangan atau cairan viskoelastik ke kurva aliran kondisi-menetap(fix) seolah-olah mereka tidak tergantung waktu.

Tiga jenis kurva aliran (murni kental, kesetimbangan dan stabil) serupa dan dapat tangani dengan cara yang sama (dan disebut sebagai 'kurva aliran'). itu semua dirangkum dalam Tabel 3.1.

 

Item ini hanya mempertimbangkan kategori-kategori fluida yang dapat dicirikan oleh kurva aliran

• murni kental,(pure viscous)
• thixotropic di bawah geser steady-state, dijelaskan oleh kurva aliran kesetimbangan, atau
• viskoelastik di bawah geser steady-state, dijelaskan oleh kurva aliran geser-stabil,

 

TABEL 4.1 Unit Kuantitas Rheologi

Viskositas biasanya berasal dari kurva aliran: memplot rasio tegangan geser terhadap laju geser sebagai fungsi laju geser akan menghasilkan kurva  viskositas. 

Instrumen yang mengukur viskositas disebut sebagai viskometer (Bagian 6); yang mengukur sifat reologi lainnya selain viskositas dikenal sebagai rheometer.

VISCOSITY DAN ALIRAN PENGUKURAN KURVA

 
    Viskometer dan rheometer komersial menggunakan berbagai geometri untuk viskositas dan kurva aliran pengukuran. Ini dapat dikelompokkan menjadi dua jenis utama: viskometer rotasi (Bagian 6.1) dan tabung viskometer (Bagian 6.2).

Viskometer rotasi (Rotational Viscometer)

     Viskometer rotasi  mengandalkan gerakan rotasi untuk mencapai aliran geser sederhana, dapat dioperasikan dalam mode laju terkendali atau stres terkendali. Dalam tingkat pengendalian instrument, ada dua metode untuk menerapkan rotasi dan mengukur torsi yang dihasilkan.
    Metode pertama (Sketsa 6.1a) adalah memutar satu komponen dan mengukur torsi yang diberikan pada anggota lain dengan sampel uji sementara metode kedua(Sketsa 6.1b) adalah memutar satu anggota dan mengukur torsi yang dihasilkan pada anggota yang sama. putaran komponen berada pada kecepatan konstan yang dapat digerakkan secara berurutan atau dengan kecepatan yang terus naik-turun. Torsi yang dihasilkan diukur dengan pegas torsi.

Dalam instrumen pengendali tegangan (Stress Control) (Sketsa 6.1c), torsi konstan

yang dapat diubah secara berurutan, atau ramp torsi diset pada komponen, dan 

kecepatan yang dihasilkan diukur.

                  

Sketsa 6.1 Mode operasional viskometer rotasi

     

     TABEL 6.1 TYPE  ROTATIONAL VISCOMETER

Mode tegangan terkontrol: torsi diterapkan


Geometri yang lebih umum digunakan dalam viskometer rotasi ditunjukkan pada Tabel 6.1. Ini digunakan secara bergantian dengan mode operasional yang ditunjukkan pada Sketsa 6.1.


Geometri paling sederhana

1.

terdiri dari bob (silinder dalam) terletak di gelas/cup (silinder luar) dengan sampel uji terkandung dalam celah annular sempit antara bob dan cangkir. Variasi lain dari viskometer silinder koaksial itu yang biasa digunakan meliputi :
(b) bob yang berputar besar ,wadah yang mendekati situasi 'laut tak terbatas' (yaitu, rasio radius radius terhadap bob setidaknya 10), dan
(C) viskometer silinder ganda Moore-Davis digunakan untuk cairan viskositas rendah.


2.

cara kerja Alat Ini terdiri dari disk yang berputar dalam wadah besar pengujian cairan. Torsi yang diberikan oleh fluida uji pada cakram yang berputar diukur sebagai fungsi dari kecepatan rotasi.

3.

cara kerjanya : sampel yang diuji tempatkan  di antara sudut eksterior kerucut dan pelat datar (lihat a). Kerucut sudut biasanya tidak lebih dari 4°. Sumbu kerucut adalah mengatur normal ke piring dengan puncak kerucut menyentuh piring. Namun, untuk suspensi dan emulsi padat / cair, kerucut dengan apeks terpotong (lihat b) sering digunakan untuk menghindari masalah karena partikel macet.

4.

cara kerjanya : Sampel yang diuji ditempatkan diantara celah dua pelat datar berbentuk bundar yang identik (sama). Celah antara kedua pelat dapat bervariasi, biasanya hingga 5 mm untuk pelat dengan radius sekitar 25 mm

DAFTAR ISTILAH  Rheologis

 
Glosarium ini tidak dimaksudkan untuk bersifat komprehensif tetapi terbatas pada istilah yang relevan dengan kelompok Data ini . Istilah dan definisi yang dicetak miring diambil dari BS Glossary of Rheological Terms16.

Apparent viscosity Lihat viskositas.
Bingham model Model yang dicirikan oleh tegangan luluh; di atas tegangan luluh, laju geser berbanding lurus dengan tegangan geser dikurangi stres hasil.
Bingham plastic model Lihat model Bingham.
Bingham plastic viscosity Sinonim dari viskositas plastik (q.v.).
Coefficient of viscosity Sinonim dari viskositas (q.v.).
Characteristic shear rate karakteristik Laju geser di atas yang aliran sifatnya adalah non-Newtonian (lihat Sketsa 3.1).
Constitutive equation Suatu persamaan yang menghubungkan tegangan, regangan, waktu dan kadang-kadang variabel lainnya seperti suhu. Juga dikenal sebagai pernyataan persamaan reologi .
Deformation Perubahan bentuk atau volume, atau keduanya.
Dilatancy (penggunaan yang tidak digunakan lagi) Sinonim dari penebalan-geser (q.v.).
Dynamic viscosity, Sinonim dari viskositas yang digunakan untuk membedakannya dari viskositas kinematik (q.v.).
Equilibrium flow curve kesetimbangan Kurva aliran untuk material thixotropic di bawah geser steady-state.
Flow lanjutan deformasi.
Flow curve Kurva yang menghubungkan tegangan geser dengan laju geser.
Intrinsic viscosity, Nilai pembatas viskositas tereduksi saat konsentrasi mendekat nol.
Kinematic viscosity,  Rasio viskositas dinamis dengan densitas untuk material.
Laminar Flow Aliran dimana cairan bergerak dalam lapisan dengan ketebalan konstan. Contohnya ditemukan dalam viskometer, rheometer, pipa lurus dan saluran.
Model. Suatu hubungan yang ideal dari perilaku reologis yang diungkapkan dalam istilah matematika.
Model Newton Seperti model fluida Newton.
Newtonian Fluid Model. Model yang ditandai dengan nilai konstan untuk rasio geser stres dibagi dengan laju geser dalam aliran geser sederhana dan dengan
nol perbedaan stres normal.
Non-Newtonian behaviour Perilaku Sifat yang tidak sesuai dengan model aliran Newton.

Normal stress Komponen tegangan pada sudut yang tepat ke area yang dipertimbangkan.

Shear rate .Level geser

Shear strain. Regangan geser

Shear stress .Tegangan geser

#Calibration#Quality#Metrology#ISO#Measurement#Testing#Instrumentation,
Standrd#viscosity#spektroskopi#uncertainty#Comparison#Simulation,

disunting dari :

 ESDU 97034

 dan dokumen lainnya .