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.