चिपचिपापन गुणांक एक कार्यशील द्रव या गैस का एक प्रमुख पैरामीटर है। भौतिक शब्दों में, चिपचिपाहट को कणों की गति के कारण आंतरिक घर्षण के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो एक तरल (गैसीय) माध्यम का द्रव्यमान बनाते हैं, या, अधिक सरलता से, गति के प्रतिरोध को बनाते हैं।
चिपचिपापन क्या है
श्यानता का निर्धारण करने के लिए सबसे सरल अनुभवजन्य प्रयोग: एक ही समय में एक चिकनी झुकी हुई सतह पर समान मात्रा में पानी और तेल डाला जाता है। तेल की तुलना में पानी तेजी से निकलता है। वह अधिक तरल है। एक गतिमान तेल को उसके अणुओं (आंतरिक प्रतिरोध - चिपचिपाहट) के बीच उच्च घर्षण द्वारा जल्दी से बहने से रोका जाता है। अत: किसी द्रव की श्यानता उसकी तरलता के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
चिपचिपापन अनुपात: सूत्र
एक सरलीकृत रूप में, एक पाइप लाइन में एक चिपचिपा तरल पदार्थ की गति की प्रक्रिया को समान सतह क्षेत्र एस के साथ फ्लैट समानांतर परतों ए और बी के रूप में माना जा सकता है, जिसके बीच की दूरी एच है।
ये दो परतें (A और B) अलग-अलग गति से चलती हैं (V और V+ΔV)। परत A, जिसकी गति उच्चतम है (V+ΔV), में परत B शामिल है, जो कम गति (V) से चलती है। उसी समय, परत बी परत ए की गति को धीमा कर देती है। चिपचिपाहट गुणांक का भौतिक अर्थ यह है कि अणुओं का घर्षण, जो प्रवाह परतों का प्रतिरोध है, एक बल बनाता है जिसे आइजैक न्यूटन द्वारा वर्णित किया गया है निम्नलिखित सूत्र:
F=µ × S × (ΔV/h)
यहाँ:
- ΔV द्रव प्रवाह परतों के वेग में अंतर है;
- h - द्रव प्रवाह की परतों के बीच की दूरी;
- S - द्रव प्रवाह परत का सतह क्षेत्र;
- Μ (एमयू) - तरल की संपत्ति के आधार पर एक गुणांक, जिसे पूर्ण गतिशील चिपचिपाहट कहा जाता है।
एसआई इकाइयों में, सूत्र इस तरह दिखता है:
µ=(एफ × एच) / (एस × ΔV)=[पा × एस] (पास्कल × सेकंड)
यहाँ F कार्यशील द्रव के इकाई आयतन का गुरुत्वाकर्षण बल (भार) है।
चिपचिपापन मान
ज्यादातर मामलों में, गतिशील चिपचिपाहट गुणांक को सेंटीपोइज़ (cP) में इकाइयों की CGS प्रणाली (सेंटीमीटर, चना, सेकंड) के अनुसार मापा जाता है। व्यवहार में, चिपचिपाहट एक तरल के द्रव्यमान के अनुपात से संबंधित होती है, अर्थात तरल के घनत्व के लिए:
ρ=मी / वी
यहाँ:
- ρ - तरल घनत्व;
- m - द्रव का द्रव्यमान;
- V तरल का आयतन है।
गतिशील चिपचिपाहट (Μ) और घनत्व (ρ) के बीच के संबंध को गतिज चिपचिपाहट कहा जाता है (ν - ग्रीक में -नग्न):
ν=/=[एम2/s]
वैसे, चिपचिपाहट गुणांक निर्धारित करने के तरीके अलग-अलग हैं। उदाहरण के लिए, कीनेमेटिक चिपचिपाहट अभी भी सीजीएस प्रणाली के अनुसार सेंटीस्टोक (सीएसटी) और आंशिक इकाइयों में मापा जाता है - स्टोक्स (सेंट):
- 1St=10-4 मी2/s=1 सेमी2/s;
- 1sSt=10-6 m2/s=1 मिमी2/s.
पानी की चिपचिपाहट का निर्धारण
पानी की चिपचिपाहट एक कैलिब्रेटेड केशिका ट्यूब के माध्यम से द्रव के प्रवाह में लगने वाले समय को मापकर निर्धारित की जाती है। इस उपकरण को ज्ञात चिपचिपाहट के एक मानक द्रव के साथ अंशांकित किया गया है। मिमी2/s में मापा गया गतिज चिपचिपाहट निर्धारित करने के लिए, द्रव प्रवाह समय, सेकंड में मापा जाता है, एक स्थिरांक से गुणा किया जाता है।
तुलना की इकाई आसुत जल की श्यानता है, जिसका मान तापमान में परिवर्तन होने पर भी लगभग स्थिर रहता है। श्यानता गुणांक उस समय का अनुपात है जो सेकंडों में एक अंशांकित छिद्र से परीक्षण किए जा रहे द्रव के प्रवाह के लिए आसुत जल की एक निश्चित मात्रा लेता है।
विस्कोमीटर
चिपचिपाहट को डिग्री एंगलर (°E), Saybolt Universal Seconds ("SUS") या डिग्री रेडवुड (°RJ) में मापा जाता है, जो उपयोग किए गए विस्कोमीटर के प्रकार पर निर्भर करता है। तीन प्रकार के विस्कोमीटर केवल मात्रा में भिन्न होते हैं द्रव बह रहा है।
यूरोपीय इकाई डिग्री एंगलर (°E) में चिपचिपाहट मापने वाला विस्कोमीटर, परिकलित200cm3 बहिर्वाह तरल माध्यम। Saybolt Universal Seconds ("SUS" या "SSU") में चिपचिपापन मापने वाले एक विस्कोमीटर में परीक्षण द्रव का 60 सेमी3 होता है। इंग्लैंड में, जहां रेडवुड डिग्री (°RJ) का उपयोग किया जाता है, विस्कोमीटर 50 सेमी3 द्रव की चिपचिपाहट को मापता है। उदाहरण के लिए, यदि एक निश्चित तेल का 200 सेमी3 पानी की समान मात्रा की तुलना में दस गुना धीमी गति से बहता है, तो एंग्लर चिपचिपाहट 10°E है।
चूंकि चिपचिपाहट गुणांक को बदलने में तापमान एक महत्वपूर्ण कारक है, माप आमतौर पर पहले 20 डिग्री सेल्सियस के स्थिर तापमान पर और फिर उच्च मूल्यों पर लिया जाता है। परिणाम इस प्रकार उपयुक्त तापमान जोड़कर व्यक्त किया जाता है, उदाहरण के लिए: 10°E/50°C या 2.8°E/90°C। 20°C पर किसी द्रव की श्यानता उच्च ताप पर उसकी श्यानता से अधिक होती है। हाइड्रोलिक तेलों में उनके संबंधित तापमान पर निम्नलिखित चिपचिपाहट होती है:
190 cSt 20°C पर=45.4 cSt 50°C पर=11.3 cSt 100°C पर।
मूल्यों का अनुवाद करें
विस्कोसिटी गुणांक का निर्धारण विभिन्न प्रणालियों (अमेरिकी, अंग्रेजी, जीएचएस) में होता है, और इसलिए डेटा को एक आयामी प्रणाली से दूसरे में स्थानांतरित करना अक्सर आवश्यक होता है। एंगलर से सेंटीस्टोक (मिमी2/s) में व्यक्त द्रव चिपचिपाहट मूल्यों को परिवर्तित करने के लिए, निम्नलिखित अनुभवजन्य सूत्र का उपयोग करें:
ν(cSt)=7.6 × °E × (1-1/°E3)
उदाहरण के लिए:
- 2°E=7.6 × 2 × (1-1/23)=15.2 × (0.875)=13.3 cSt;
- 9°E=7,6 × 9 × (1-1/93)=68.4 × (0.9986)=68.3 सीएसटी।
हाइड्रोलिक तेल की मानक चिपचिपाहट को जल्दी से निर्धारित करने के लिए, सूत्र को इस प्रकार सरल बनाया जा सकता है:
ν(cSt)=7.6 × °E(mm2/s)
कीनेमेटिक चिपचिपाहट ν मिमी2/s या cSt में होने पर, आप इसे निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके एक गतिशील चिपचिपाहट गुणांक में परिवर्तित कर सकते हैं:
एम=× ρ
उदाहरण। डिग्री एंगलर (°E), सेंटीस्टोक (cSt) और सेंटीपोइज़ (cP) के लिए विभिन्न रूपांतरण फ़ार्मुलों को सारांशित करते हुए, मान लीजिए कि ρ=910 kg/m3 घनत्व वाले हाइड्रोलिक तेल में है 12° E की गतिज श्यानता, जो cSt की इकाइयों में है:
ν=7.6 × 12 × (1-1/123)=91.2 × (0.99)=90.3 मिमी2/से.
क्योंकि 1cSt=10-6m2/s और 1cP=10-3N×s/m2, फिर गतिशील चिपचिपाहट होगी:
M=ν ×=90.3 × 10-6 910=0.082 N×s/m2=82 cP.
गैस चिपचिपापन कारक
यह गैस की संरचना (रासायनिक, यांत्रिक) द्वारा निर्धारित किया जाता है, तापमान, दबाव के प्रभाव, और गैस की गति से संबंधित गैस-गतिशील गणना में उपयोग किया जाता है। व्यवहार में, गैस क्षेत्र के विकास को डिजाइन करते समय गैसों की चिपचिपाहट को ध्यान में रखा जाता है, जहां गैस संरचना (विशेष रूप से गैस घनीभूत क्षेत्रों के लिए महत्वपूर्ण), तापमान और दबाव में परिवर्तन के आधार पर गुणांक परिवर्तन की गणना की जाती है।
हवा की चिपचिपाहट की गणना करें। प्रक्रियाएं समान होंगीऊपर चर्चा की गई दो धाराएँ। मान लीजिए कि दो गैस धाराएँ U1 और U2 समानांतर में चलती हैं, लेकिन अलग-अलग गति से। परतों के बीच अणुओं का संवहन (पारस्परिक प्रवेश) होगा। नतीजतन, तेज गति से चलने वाली वायु धारा की गति कम हो जाएगी, और शुरुआत में धीमी गति से चलने वाली हवा तेज हो जाएगी।
न्यूटन के नियम के अनुसार वायु का श्यानता गुणांक निम्न सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:
एफ=-एच × (डीयू/डीजेड) × एस
यहाँ:
- dU/dZ वेग प्रवणता है;
- एस - बल प्रभाव क्षेत्र;
- गुणांक एच - गतिशील चिपचिपाहट।
चिपचिपापन सूचकांक
चिपचिपापन सूचकांक (VI) एक पैरामीटर है जो चिपचिपाहट और तापमान में परिवर्तन से संबंधित है। एक सहसंबंध एक सांख्यिकीय संबंध है, इस मामले में दो मात्राएं, जिसमें तापमान में परिवर्तन चिपचिपाहट में एक व्यवस्थित परिवर्तन के साथ होता है। चिपचिपापन सूचकांक जितना अधिक होता है, दो मूल्यों के बीच का परिवर्तन उतना ही छोटा होता है, यानी तापमान परिवर्तन के साथ काम कर रहे तरल पदार्थ की चिपचिपाहट अधिक स्थिर होती है।
तेल चिपचिपापन
आधुनिक तेलों के बेस में चिपचिपापन सूचकांक 95-100 यूनिट से नीचे होता है। इसलिए, मशीनों और उपकरणों के हाइड्रोलिक सिस्टम में, पर्याप्त रूप से स्थिर काम करने वाले तरल पदार्थ का उपयोग किया जा सकता है, जो महत्वपूर्ण तापमान की स्थितियों में चिपचिपाहट में व्यापक परिवर्तन को सीमित करता है।
तेल के आसवन के दौरान प्राप्त विशेष योजक (पॉलिमर) को तेल में पेश करके "अनुकूल" चिपचिपाहट गुणांक को बनाए रखा जा सकता है। वे तेलों के चिपचिपापन सूचकांक को बढ़ाते हैंस्वीकार्य अंतराल में इस विशेषता के परिवर्तन को सीमित करने के कारण। व्यवहार में, आवश्यक मात्रा में एडिटिव्स की शुरूआत के साथ, बेस ऑयल की कम चिपचिपाहट सूचकांक को 100-105 यूनिट तक बढ़ाया जा सकता है। हालांकि, इस तरह से प्राप्त मिश्रण उच्च दबाव और गर्मी के भार पर इसके गुणों को खराब कर देता है, जिससे योजक की प्रभावशीलता कम हो जाती है।
शक्तिशाली हाइड्रोलिक सिस्टम के पावर सर्किट में, 100 इकाइयों के चिपचिपापन सूचकांक के साथ काम कर रहे तरल पदार्थ का उपयोग किया जाना चाहिए। चिपचिपापन सूचकांक को बढ़ाने वाले एडिटिव्स के साथ काम करने वाले तरल पदार्थ हाइड्रोलिक कंट्रोल सर्किट और कम / मध्यम दबाव रेंज में काम करने वाले अन्य सिस्टम में, सीमित तापमान रेंज में, छोटे लीक के साथ और बैच ऑपरेशन में उपयोग किए जाते हैं। बढ़ते दबाव के साथ, चिपचिपाहट भी बढ़ जाती है, लेकिन यह प्रक्रिया 30.0 एमपीए (300 बार) से ऊपर के दबाव में होती है। व्यवहार में, इस कारक की अक्सर उपेक्षा की जाती है।
माप और अनुक्रमण
अंतर्राष्ट्रीय आईएसओ मानकों के अनुसार, पानी (और अन्य तरल मीडिया) का चिपचिपापन गुणांक सेंटीस्टोक में व्यक्त किया जाता है: cSt (mm2/s)। प्रक्रिया तेलों की चिपचिपाहट माप 0 डिग्री सेल्सियस, 40 डिग्री सेल्सियस और 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर की जानी चाहिए। किसी भी मामले में, तेल ग्रेड कोड में, चिपचिपाहट को 40 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक आंकड़े द्वारा इंगित किया जाना चाहिए। गोस्ट में, चिपचिपापन मान 50 डिग्री सेल्सियस पर दिया जाता है। इंजीनियरिंग हाइड्रोलिक्स में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले ग्रेड ISO VG 22 से लेकर ISO VG 68 तक होते हैं।
हाइड्रोलिक तेल वीजी 22, वीजी 32, वीजी 46, वीजी 68, वीजी 100 40 डिग्री सेल्सियस पर चिपचिपापन मान उनके अंकन के अनुरूप होता है: 22, 32, 46, 68 और 100 सीएसटी। इष्टतमहाइड्रोलिक सिस्टम में काम कर रहे तरल पदार्थ की गतिज चिपचिपाहट 16 से 36 cSt तक होती है।
अमेरिकन सोसाइटी ऑफ ऑटोमोटिव इंजीनियर्स (एसएई) ने विशिष्ट तापमान पर चिपचिपाहट रेंज स्थापित की है और उन्हें उपयुक्त कोड सौंपा है। डब्ल्यू के बाद की संख्या 0 डिग्री फ़ारेनहाइट (-17.7 डिग्री सेल्सियस) पर पूर्ण गतिशील चिपचिपाहट है और गतिज चिपचिपाहट ν 212 डिग्री फ़ारेनहाइट (100 डिग्री सेल्सियस) पर निर्धारित की गई थी। यह इंडेक्सेशन ऑटोमोटिव उद्योग (ट्रांसमिशन, मोटर, आदि) में उपयोग किए जाने वाले सभी मौसम के तेलों पर लागू होता है।
हाइड्रोलिक्स पर चिपचिपाहट का प्रभाव
एक तरल की चिपचिपाहट के गुणांक का निर्धारण न केवल वैज्ञानिक और शैक्षिक रुचि का है, बल्कि एक महत्वपूर्ण व्यावहारिक मूल्य भी रखता है। हाइड्रोलिक सिस्टम में, काम करने वाले तरल पदार्थ न केवल पंप से हाइड्रोलिक मोटर्स में ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं, बल्कि घटकों के सभी हिस्सों को भी लुब्रिकेट करते हैं और घर्षण जोड़े से उत्पन्न गर्मी को हटाते हैं। काम कर रहे तरल पदार्थ की चिपचिपाहट जो ऑपरेटिंग मोड के लिए उपयुक्त नहीं है, सभी हाइड्रोलिक्स की दक्षता को गंभीर रूप से खराब कर सकती है।
काम कर रहे तरल पदार्थ की उच्च चिपचिपाहट (बहुत उच्च घनत्व का तेल) निम्नलिखित नकारात्मक घटनाओं की ओर ले जाती है:
- हाइड्रोलिक द्रव प्रवाह के प्रतिरोध में वृद्धि हाइड्रोलिक सिस्टम में अत्यधिक दबाव ड्रॉप का कारण बनती है।
- एक्चुएटर्स की नियंत्रण गति और यांत्रिक गति में कमी।
- पंप में गुहिकायन का विकास।
- हाइड्रोलिक टैंक तेल से शून्य या बहुत कम वायु रिलीज।
- ध्यान देने योग्यद्रव के आंतरिक घर्षण को दूर करने के लिए उच्च ऊर्जा लागत के कारण हाइड्रोलिक्स की शक्ति का नुकसान (दक्षता में कमी)।
- पंप लोड बढ़ने के कारण बढ़ी हुई मशीन प्राइम मूवर टॉर्क।
- बढ़ते घर्षण के कारण हाइड्रोलिक द्रव तापमान में वृद्धि।
इस प्रकार, चिपचिपाहट गुणांक का भौतिक अर्थ वाहनों, मशीनों और उपकरणों के घटकों और तंत्र पर इसके प्रभाव (सकारात्मक या नकारात्मक) में निहित है।
हाइड्रोलिक पावर का नुकसान
काम कर रहे तरल पदार्थ (कम घनत्व का तेल) की कम चिपचिपाहट निम्नलिखित नकारात्मक घटनाओं की ओर ले जाती है:
- आंतरिक रिसाव बढ़ने के परिणामस्वरूप पंपों की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में कमी।
- पूरे हाइड्रोलिक सिस्टम के हाइड्रोलिक घटकों में आंतरिक रिसाव में वृद्धि - पंप, वाल्व, हाइड्रोलिक वितरक, हाइड्रोलिक मोटर्स।
- रबिंग भागों की चिकनाई प्रदान करने के लिए आवश्यक काम कर रहे तरल पदार्थ की अपर्याप्त चिपचिपाहट के कारण पंपिंग इकाइयों के पहनने और पंपों के जाम होने में वृद्धि।
संपीड़न
कोई भी तरल दबाव में संकुचित होता है। मैकेनिकल इंजीनियरिंग हाइड्रोलिक्स में उपयोग किए जाने वाले तेल और शीतलक के संबंध में, यह अनुभवजन्य रूप से स्थापित किया गया है कि संपीड़न प्रक्रिया प्रति मात्रा तरल के द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होती है। खनिज तेलों के लिए संपीड़न अनुपात अधिक है, पानी के लिए काफी कम है, और सिंथेटिक तरल पदार्थों के लिए बहुत कम है।
साधारण निम्न दाब हाइड्रोलिक प्रणाली में, द्रव की संपीड्यता का प्रारंभिक आयतन में कमी पर नगण्य प्रभाव पड़ता है। लेकिन उच्च हाइड्रोलिक के साथ शक्तिशाली मशीनों मेंदबाव और बड़े हाइड्रोलिक सिलेंडर, यह प्रक्रिया स्वयं को स्पष्ट रूप से प्रकट करती है। 10.0 एमपीए (100 बार) के दबाव में हाइड्रोलिक खनिज तेलों के लिए, मात्रा 0.7% घट जाती है। उसी समय, संपीड़न मात्रा में परिवर्तन गतिज चिपचिपाहट और तेल के प्रकार से थोड़ा प्रभावित होता है।
निष्कर्ष
चिपचिपापन गुणांक का निर्धारण आपको तरल या गैस, दबाव, तापमान की संरचना में परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए, विभिन्न परिस्थितियों में उपकरण और तंत्र के संचालन की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है। साथ ही, इन संकेतकों का नियंत्रण तेल और गैस क्षेत्र, उपयोगिताओं और अन्य उद्योगों में प्रासंगिक है।
