Dominika Szura Rzeszów 13.11.2013r

Joanna Szczyrek

Marcin Słowik

Ćwiczenie nr 2

Badanie płynięcia cieczy tiksotropowych

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest prześledzenie zjawiska tiksotropii wybranych cieczy nienewtonowskich, wyznaczenie krzywej histerezy płynięcia oraz współczynnika chronotiksotropii przy użyciu wiskozymetru rotacyjnego

1. Aparatura i odczynniki

1. Wiskozymetr rotacyjny

2. Ciecz tiksotropowa

1. Wykonanie ćwiczenia

1. W celu wyznaczenia wartości indeksu tiksotropii badano lekkość cieczy tiksotropowej przy nałożeniu określonej szybkości ścinania i wartości dziesięciokrotnie większej

2. Badanie zjawiska tiksotropii:

- zbiornik pomiarowy napełniono badaną substancją w ilości 50ml

- zmontowano układ pomiarowy poprzez zamocowanie cylindra wewnętrznego wiskozymetru, a następnie nasunięto cylinder wypełniony badaną cieczą

- nałożono naczynie termostatujące

- wiskozymetr i termostat włączono do sieci, włączono ogrzewanie termostatu i przepływ cieczy

- po osiągnięciu odpowiedniej temperatury rozpoczęto pomiary

- po zakończeniu pomiarów wyłączono termostat, odłączono naczynie termostatujące, wyjęto zbiornik pomiarowy, opróżniono go i wyczyszczono

1. Opracowanie wyników

Obliczano za pomocą programów Rheotest i Microsoft Excel

Pomiar nr 1 t=30s układ S-3

Temperatura pomiaru	Szybkość ścinania	Wielkości mierzone	Wielkości obliczone
T [°C]	ϒ [s^-1]	α [Skt]	t [s]
22	0,5	37	30
	0,6	39	60
	0,9	42	90
	1	43	120
	1,5	45	150
	1,8	47	180
	2,7	48	210
	3	49	240
	4,5	51	270
	5,4	52	300
	8,1	55	330
	9	56	360
	13,5	57	390
	16,2	58	420
	24,3	60	450
	27	61	480
	40,5	64	510
	48,6	65	540
	72,9	68	570
	81	69	600
	145,8	77	630
Po czasie t=30s
	81	63	660
	72,9	60	690
	48,6	53	720
	40,5	51	750
	27	46	780
	24,3	45	810
	16,2	40	840
	13,5	39	870
	9	36	900
	8,1	35	930
	5,4	32	960
	4,5	31	990
	3	29	1020
	2,7	28	1050
	1,8	25	1080
	1,5	24	1110
	1	23	1140
	0,9	22	1170
	0,6	21	1200
	0,5	20	1230

Pomiar nr 2 t=100s układ S-3

Temperatura pomiaru	Szybkość ścinania	Wielkości mierzone	Wielkości obliczone
T [°C]	ϒ [s^-1]	α [Skt]	t [s]
22	0,5	21	30
	0,6	22	60
	0,9	24	90
	1	25	120
	1,5	26	150
	1,8	27	180
	2,7	30	210
	3	31	240
	4,5	33	270
	5,4	34	300
	8,1	37	330
	9	38	360
	13,5	41	390
	16,2	43	420
	24,3	47	450
	27	48	480
	40,5	53	510
	48,6	55	540
	72,9	60	570
	81	62	600
	145,8	70	630
Po czasie t=100s
	81	58	730
	72,9	55	760
	48,6	49	790
	40,5	47	820
	27	42	850
	24,3	41	880
	16,2	38	910
	13,5	36	940
	9	33	970
	8,1	32	1000
	5,4	29	1030
	4,5	28	1060
	3	26	1090
	2,7	25	1120
	1,8	23	1150
	1,5	22	1180
	1	21	1210
	0,9	20	1240
	0,6	19	1270
	0,5	18	1300

Na podstawnie powyższych wartości wykreślono wykresy (za pomocą programu Microsoft Excel):

1. Dla pomiaru I

1. Dla pomiaru II

2. Wyznaczanie współczynnika chronotiksotropii B ze wzoru:

$$B = \frac{\eta_{1} - \eta_{2}}{\log\frac{t_{2}}{t_{1}}}$$

$$B = \frac{0,420384 - 0,382165}{\log\frac{100}{30}} = \ 0,073089$$

1. Obliczanie indeksu tiksotropii

Szybkość ścinania ϒ [RAM]	Lepkość η
0,3	580500
0,5	460000
0,6	436500
1	223250
3	75500
5	53750
6	49600
10	27500
30	9230
50	6200
60	5844

Indeks tiksotropii obliczamy ze wzoru:

$$IT = \frac{\eta_{1}}{\eta_{10}}$$

$$\text{IT}_{1\left( \frac{0,3}{3} \right)} = \frac{580500}{75500} = 7,89$$

$$\text{IT}_{2\left( \frac{3}{30} \right)} = \frac{75500}{9230} = 8,18$$

$$\text{IT}_{3\left( \frac{0,5}{5} \right)} = \frac{460000}{53750} = 8,56$$

$$\text{IT}_{4\left( \frac{5}{50} \right)} = \frac{53750}{6200} = 8,67$$

$$\text{IT}_{5\left( \frac{0,6}{6} \right)} = \frac{436500}{49600} = 8,80$$

$$\text{IT}_{6\left( \frac{6}{60} \right)} = \frac{49600}{5844} = 8,49$$

$$\text{IT}_{7\left( \frac{1}{10} \right)} = \frac{223250}{27500} = 8,12$$

$$\text{IT}_{sr} = \frac{7,89 + 8,18 + 8,56 + 8,67 + 8,80 + 8,49 + 8,12}{7} = 8,39$$

1. Wnioski

Celem ćwiczenia było prześledzenie zjawiska tiksotropii, wyznaczenie krzywej płynięcia, współczynnika chronotiksotropii oraz indeksu tiksotropii. Na podstawie otrzymanych wyników sporządzono wykres zależności τ=f(ϒ) z którego wynika, że przy wzrastających szybkościach ścinania naprężenia styczne rosną, a przy malejących szybkościach ścinania maleją. Można więc stwierdzić, że badana ciecz jest cieczą tiksotropową. Wniosek ten dodatkowo potwierdza indeks tiksotropii który pokazał, że lepkość maleje ze wzrostem szybkości ścinania (jakby brać pod uwagę tylko indeks tiksotropii to nie moglibyśmy jednoznacznie określić czy badana ciecz jest cieczą tiksotropową) oraz wykres zależności η=f(t) który jednoznacznie pokazał, że struktura tiksotropowa ulega zniszczeniu w czasie zwiększania szybkości ścinania i ulega ona odbudowaniu w czasie wraz z malejącą szybkością ścinania. Miarą tiksotropii jest pole wewnątrz krzywej τ=f(ϒ), im jest ono większe twym dana ciecz ma lepsze właściwości tiksotropowe. W naszym przypadku pole to nie jest zbyt duże, więc badana ciecz wykazuje słabe właściwości tiksotropowe.