Viskozite

Yukarıdaki ölçümlere bakılarak, akışkan kütlenin belirli bir alanına hareket ettirmek için uygulanan kuvvet, farklı alanlardaki hızlarda oluşmuş kayma gerilimlerini yanıtlamak zorunda bırakır.

Kütle içerisinde hız gradyanı oluşur. Bunun değeri akışkanın, viskozitesi ile yakından ilgili, iç sürtünmesine bağlıdır.

Viskozite kayma gerilimi ve hız gradyanı arasındaki oran olarak tanımlanır. Yunan harfi r\ (eta) ile gösterilir basınç ve zaman üzerine boyutları vardır:

Bu temel formül, bize viskozitenin akışkanın verilen hız gradyanını elde etmek için gerekli kayma gerilimi ile doğru orantılı olduğunu göstermektedir.

D ve t için kabul edilen ölçüm birimleri ile viskosite şöyle tanımlanır: r\ = saniye başına pascal

bir çok pratik uygulama için bu çok büyüktür, dolayısıyla alt çarpanlar tercih edilir: saniye başına milipascal = mPa.s=centipoise =cP

Literatürde viskoziteyi tanımlayan diğer daha uzman metotlar bulunabilir.

Seramiklerde, viskozite çok değişkenlik gösterir, sırlarda disk veya püskürtme tabancası kullanımında birkaç centipoise iken, çan uygulamalannda veya püskürtmeli kurutucu öncesi sliplerde yüzlerce centipoise olmaktadır.

Seramik süspansiyonlarının maruz kaldığı hız eğimlerinin aralığı daha geniştir, yavaş karıştıncı tanklarında onlarca karşılıklı saniye iken, pompalarda yüzlerce, nozıllarda binlerce karşılıklı saniye değerlerine ulaşmaktadır.

Sırlar hız gradyanlarında büyük ve ani değişimlere uğrayabilirler: uygulama tipine bağlı olarak geniş aralıklarda değişkenlik gösterirler, son olarak karo üzerinde akışları sıfır hız gradyanı ile sona erer.

İlk bakışta bu kadar geniş aralıktaki hız gradyanı tanımlanan sır süspansiyonuna herhangi bir sorun yaratmadığından, akış durumu ne olursa olsun davranışını öngörmek mümkündür.

Maalesef, bu sadece, kayma gerilimi ve hız gradyanı oranlannın herhangi bir hız gradyanı değerinde sabit kaldığı, ideal veya Newtonian viskozitesi durumlarında doğrudur.

Bazı şanslı durumlarda (örneğin vazelin yağı), akışkanın davranışı, akış hızı ne olursa olsun sabit kalan r| değeri ile tanımlanır ve sadece sıcaklığa bağlıdır.

Bu tür gösterimlerde reolojik davranış, "reogram" olarak tanımlanır, çok faydalıdır.

Viskozite iki miktar arasındaki oran olarak gösterilir, bu ise doğrunun eğimidir(a açısının tanjantı). Açı büyüdükçe viskozite artar.

Örnek: yere dökülen yağ sonsuz dek yayılacak gibi görünür. Akma hızı yağın viskozitesine bağlı olduğu sürece, hidrostatik basınç tarafından üretilen kayma gerilimi yüzey gerilimi ile dengelenene kadar akış devam eder. Yağ çok düşük yüzey gerilimine sahip olduğundan yağ tabakası yol boyunca yayılır.

Kayma Gerilimi

Viskoziteyi etkileyen ikinci eleman ise akışkanın maruz kaldığı gerilimdir.

Tekrar tüp örneğine bir anlık geri dönelim: tüp çapı ve akışkan içi sürtünmenin eşit kaldığı düşünülürse, artan basıncın hız gradyanını artırdığını söyleyebiliriz (akışkan daha hızlı akar).

Bununla birlikte, akışkanın maruz kaldığı gerilim olarak tanımlanan, basınç kavramı akış ile bağlantılı olmadıkça yetersizdir.

Kapalı bir sistemde, ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın akış olmaz. Bunun nedeni, basınç bir güç ve güce dik olan bir yüzey ile orantılıdır ve hareketi oluşturmaz.

Örnek: yer üzerinde duran bir beton blok birim yüzey alan için güç şeklinde tanımlanan basıncı oluşturur. Bloğu hareket ettirmek için güce ihtiyaç vardır, ama bu güç yere dik değil paralel uygulanmalıdır. Belirli bir noktada, uygulanan güç bir eşiğe ulaşır, blok yer yüzeyi boyunca hareket etmeye başlar.

Bloğu hareket etmeye başlatmak için ihtiyaç duyulan güç, temas halindeki iki nesnenin yapışma güçleri kadar büyük olması durağanlığın aşılmasını sağlar. Bu tür harekete ters güçler, iki hareketsiz nesneyi yapıştırma eğilimli, statik sürtünme olarak tanımlanır.

Mekanikte temas halindeki iki yüzeye etki eden dikey güçler arasındaki oran, hareket başladığında, statik sürtünmenin katsayısı (n) olarak tanımlanır.

Sürtünme katsayısı temas halindeki iki yüzeyin esas karakteristiğidir, yüzey alanı etkili değildir: her iki kuvvette dik oldukları halde aynı yüzeyi etkilerler.

Gövde, hala kendi ağırlığının basıncı altındayken, hareket etmeye başlaması için bir çekme kuvvetinin uygulanması gerekir. Bu ise hız ve yüzey pürüzlülüğü ile orantılıdır.

Uygulanan bu gerilim, yukanda bahsedilen statik sürtünme gibi, dinamik sürtünme tarafından oluşturulan güçler tarafından aşılması gerekmektedir (genellikle statik sürtünmeden daha düşük).

Tabii ki, hareket halindeki akışkanlar düşünüldüğünde, dik iki yüzey arasındaki sürtünmeden bahsedemeyiz: bu durumda konu ile ilgili kavram iç sürtünmedir ve bundan dolayı akışkanın akışı hakkında çalışılan tek önemli değer yüzey birimine uygulanan teğet güçlerdir.

Bu "kayma gerilimi" olarak tanımlanır ve Yunan harfi olan t (tau) ile gösterilir, basınç olarak ölçülür:

REOLOJİ: TEMEL KAVRAMLAR

Reoloji kelimesi seramik sözlüğünü eklenmiş güncel bir kelimedir: seramikçilerin sıklıkla uğraştığı problemleri içerir.

Reoloji - Yunanca "reo" "akış" ve "logo" ise "çalışma" anlamındadır- yani akışın çalışması anlamındadır. Bu terim hem katıların (örneğin tozlann reolojisi) hem de akışkanların (örneğin sliplerin ve hatta gazların reolojisi) akışını içerir. Bu maddeler seramikçinin çok fazla ilgi alanındadır, bunlar üretim döngüsünün her aşamasıyla, özellikle gövdelerin ve sırların yaş öğütülmesi ve karo üzerinde sır uygulamalannda, yakından ilgilidir.

Seramik teknisyenin karşılaştığı en büyük problemlerden biri teknik terimi etrafındaki pratik uygulama yönünden tercüme etmesidir.

"sır yağ gibi akıyor", baloncuklu", tankta çöktü ve sertleşti", çok fazla inceldi", "değirmen tıkandı" ve "slip dondu" gibi kelimeler ve düşünceler fabrika yorumlarıdır. Bu ampirik ifadeler reolojik faktörlerin üretim prosesini nasıl etkilediği hakkında büyük bilgiler vermektedir. Henüz bu bilgi deneme-yanılma metodu üzerine kurulmuş bir bilgidir.

Bununla birlikte, seramik endüstrisi bu kesin olmayan bilgilere yıllarca itimat etmiş ve üretim proseslerini kontrol altında, az veya çok, tutmuşlardır. Üretim döngüleri daha yavaş ve ürün değişimi daha az sıklıkta olduğundan, bu seviyedeki bilgi yeterliydi.

Şu anda, yeni teknolojilerin gelişimi ve hızlı değişen ürün ve sırlar ile, olayların ampirik bilgilerini oluşturmak için yeterli uzun zamanlar yoktur.

Bunun yerine, sır veya gövde slipi standartlaştırılmış ölçüm birimlerine göre tanımlı ürün standartlanna tam uymalıdır.

Viskozite hakkında bazı bildiler vererek başlayalım. Bu terim her gün karşılaşılan ve akışın daha kolay veya zor olması ile ilgili olan bir terimdir.

Net bir tanımlama için, ilgili fiziksel ölçümü tam anlamıyla açıklamak gereklidir.

Kabaca bir tabirle viskozite akışkanı belli bir hıza ulaştırmak için gerekli efor olarak tanımlanabilir.

İlk iş hareket eden bir akışkanın bir yarış arabası gibi hızına söz edilmemesine açıklık getirilmelidir.

Eğer öyle olsaydı, akışkanlar, arabanın tüm bileşenleri gibi, aynı yönde hareket ederlerdi.

Örneğin, boş bir bardağa düşen su damlasının hızından bahsedebiliriz, bütün damla camın kenarlarına göre göreceli olarak hareket eder ve bundan dolayı hızı katedilen mesafe ve zaman oranından - yarış arabası gibi - tanımlanır.

Bir tüp içerisinde akan bir akışkan farklı şartlara maruz kalmaktadır: tüp duvarı ile temasta olan akışkan bölümü, merkezdeki bölümüne göre daha yavaş hareket eder. Akışkanın tam net hızı tüp içerisindeki pozisyonuna göre değişiklik gösterir, merkezde maksimuma ulaşırken, duvarla tarafındakiler minimumdur.

Duvardan merkeze doğru gidildikçe hız sabit olarak artar, bu hiçbir molekülün aynı yönde hareket edemeyecek olmasından veya cam içine düşememesindendir.

Bunun yerine, iç sürtünmeden kaynaklı olarak, akışkan içerisindeki diğer moleküller tarafından engellenir.

Tüp daha geniş olursa akışkanın akması daha kolay olacaktır çünkü merkez bölümdeki taneler, duvar tarafındakilere göre daha az sürtünmeden etkileneceklerdir. Veya eşit çaplı tüplerde, merkez bölgede moleküller arasında daha az sürtünme olan daha hızlı akacaktır.