Đơn vị đo độ nhớt

Độ nhớt là gì?

Độ nhớt trong (tiếng Anh Viscosity) là một đặc tính của chất lỏng, xác định khả năng của nó chống lại sự trượt hoặc chảy. Nó thể hiện mức độ ma sát trong chất lỏng khi nó di chuyển hoặc chảy qua các bề mặt. Độ nhớt phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của chất lỏng và tỷ lệ giữa lực ma sát nội và sự chuyển động của các phân tử đó.

Các chất lỏng có độ nhớt cao sẽ có khả năng chống lại sự chảy mạnh hơn, trong khi các chất lỏng có độ nhớt thấp sẽ chảy dễ dàng hơn. Đơn vị đo độ nhớt thường được sử dụng là centipoise (cP) hoặc millipascal-second (mPa·s).

Độ nhớt có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như công nghiệp dầu khí, công nghệ thực phẩm, sản xuất dược phẩm, ngành sơn, và nhiều ứng dụng khác. Việc đo độ nhớt giúp xác định tính chất và ứng dụng của chất lỏng, đồng thời hỗ trợ trong quá trình thiết kế và kiểm soát chất lượng sản phẩm.

Phân loại độ nhớt

Phân loại độ nhớt giúp chúng ta hiểu và sử dụng các chất lỏng một cách hiệu quả trong các ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau.

Độ nhớt có thể được phân loại thành ba loại chính: độ nhớt động, độ nhớt đoạn và độ nhớt kéo dài.

1. Độ nhớt động: Độ nhớt động (còn được gọi là độ nhớt chảy) là khả năng chất lỏng chảy khi áp lực được áp dụng. Đây là độ nhớt quan trọng nhất và phổ biến nhất được sử dụng để mô tả chất lỏng. Đơn vị đo độ nhớt động thường là centipoise (cP) hoặc millipascal-second (mPa·s).
2. Độ nhớt đoạn: Độ nhớt đoạn đo khả năng chất lỏng chịu đựng sự biến đổi trong áp suất hoặc nhiệt độ mà không làm thay đổi đáng kể độ nhớt của nó. Độ nhớt đoạn thường được đo bằng cách thử nghiệm đo đạc áp suất hoặc nhiệt độ và đơn vị đo thường là centipoise (cP) hoặc pascal-second (Pa·s).
3. Độ nhớt kéo dài: Độ nhớt kéo dài (còn được gọi là độ nhớt trọng) là khả năng của chất lỏng chịu sự kéo dài và bền vững trong một thời gian dài khi áp suất được áp dụng. Độ nhớt kéo dài thường được đo bằng cách sử dụng thiết bị đo kéo dài và đơn vị đo thường là pascal-second (Pa·s) hoặc poise (P).

Các dụng cụ, thiết bị đo độ nhớt

Để đo độ nhớt, người ta thường sử dụng các cốc đo độ nhớt, hay các máy đo độ nhớt tự động, các thiết bị cốc đo độ nhớt đo độ nhớt theo phương pháp động học và máy đo độ nhớt đo độ nhớt dựa trên phương pháp động lực.

Cốc đo độ nhớt

Cốc đo độ nhớt xác định độ nhớt của chất lỏng thông qua thời gian chất lỏng chảy qua cốc đo này, từ đó có thể xác định được độ nhớt của chất lỏng. Độ nhớt của chất lỏng được đo để đảm bảo chính xác phải được đo ở mức nhiệt độ tiêu chuẩn đó là mức nhiệt độ từ 40 độ C đến 100 độ C. Đơn vị thường dùng để đo độ nhớt đó là Cst được tính bằng mm2/s.

Máy đo độ nhớt

Máy đo độ nhớt (Viscometer) là thiết bị chính để đo độ nhớt của chất lỏng. Có nhiều loại viscometer khác nhau như viscometer cầu, viscometer xoắn ống, viscometer hình quạt, viscometer cánh quạt, và viscometer dòng chảy. Viscometer đo lường thời gian hoặc lực cần thiết để chất lỏng chảy qua một ống hoặc khe hẹp nhất định. Thiết bị đo độ nhớt này hoạt động dựa trên phương pháp động lực, máy đo độ nhớt cho độ chính xác cao và thang đo rộng.

Máy đo lưu biến

Máy đo lưu biến (Rheometer) là thiết bị đo độ nhớt đồng thời cũng đo các đặc tính đàn hồi và biểu đạt sự biến đổi của chất lỏng theo áp suất và nhiệt độ. Nó thường được sử dụng để đo độ nhớt của các chất lỏng có tính chất thay đổi theo thời gian như sơn, keo, cao su, và các chất lỏng khác.

Máy đo độ nhớt Saybolt

Máy đo độ nhớt Saybolt (Saybolt viscometer) là một loại máy đo được sử dụng đặc biệt để đo độ nhớt của dầu mỏ và các chất lỏng dẫn nhiệt khác. Nó đo thời gian mà một mẫu chất lỏng cần để chảy qua một ống hẹp dưới một điều kiện nhiệt độ xác định.

Máy đo độ nhớt hình nón và tấm (cone and plate viscometer)

Thiết bị cone and plate viscometer sử dụng một côn và một đĩa phẳng để đo độ nhớt của chất lỏng. Chất lỏng được đặt giữa côn và đĩa, sau đó một lực xoắn được áp dụng để đo lường sự chảy và độ ma sát của nó.

Máy đo độ nhớt Brookfield (Brookfield viscometer)

Brookfield viscometer là một loại viscometer được sử dụng rộng rãi để đo độ nhớt trong nhiều ngành công nghiệp. Nó sử dụng nguyên lý quay và đo lường mô men xoắn để xác định độ nhớt của chất lỏng.

Đơn vị đo độ nhớt

Đơn vị đo tiêu chuẩn

Đơn vị đo độ nhớt tiêu chuẩn được sử dụng trong hệ đo lường quốc tế (SI) đó là Cps được sử dụng để đo độ nhớt động lực tên đầy đủ là Centipoise, Cpt được sử dụng để đo độ nhớt động học tên đầy đủ là Centistoke.

• Độ nhớt động lực: Centipoise (Cps).
• Độ nhớt động học: Centistoke (Cpt).

Một số đơn vị đo độ nhớt của chất lỏng

Độ nhớt Engler (oE): Là một thang đo được sử dụng tại Anh như một thang đo độ nhớt động học. Độ nhớt thang đo Engler được đo bằng cách so sánh dòng chảy của chất cần kiểm tra so với dòng chảy của chất đã được xác định từ trước cụ thể là nước.

• Độ nhớt Saybolt (SSU, SUS)
• Độ nhớt Redwood.

Tính chất của độ nhớt

Độ nhớt của chất lỏng có một số tính chất quan trọng sau:

1. Độ nhớt đối nghịch với tốc độ chảy: Khi chất lỏng có độ nhớt cao, nó sẽ chảy chậm hơn và ngược lại, khi chất lỏng có độ nhớt thấp, nó sẽ chảy nhanh hơn. Đây là một tính chất cơ bản của độ nhớt và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến nghiên cứu khoa học.

2. Độ nhớt ảnh hưởng đến sự ma sát: Độ nhớt cao tương đương với sự tăng ma sát trong chất lỏng. Điều này có thể gây ra sự khó khăn trong việc di chuyển của các bề mặt qua nhau hoặc khi cơ chế bơm hoặc truyền động trong các hệ thống.

3. Độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ: Trong hầu hết các trường hợp, độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi nhiệt độ giảm. Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng chảy và ứng xử của chất lỏng trong các ứng dụng thực tế.

4. Độ nhớt cũng có thể bị ảnh hưởng bởi áp suất: Trong một số trường hợp, áp suất có thể ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng. Điều này thường xảy ra trong các hệ thống chịu áp suất cao hoặc trong các quá trình nén chất lỏng.

5. Độ nhớt là đặc tính định lượng: Độ nhớt có thể được đo và định lượng bằng các phương pháp và thiết bị đo như viscometer và rheometer. Điều này cho phép đánh giá và so sánh độ nhớt của các chất lỏng khác nhau trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng.

Tính chất của độ nhớt có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực, bao gồm dầu khí, thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, sơn, mực in, và nhiều ứng dụng khác.

Để xác định được độ nhớt của từng loại chất lỏng, chất lỏng thường được phân thành hai loại chính đó là “Chất lỏng Newton” và “ Chất lỏng phi Newton”.

Phân loại chất lỏng theo độ nhớt

Phân loại chất lỏng theo độ nhớt giúp chúng ta hiểu và dự đoán cách chất lỏng sẽ chảy và ứng xử trong các quá trình công nghiệp và ứng dụng khác. Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn và thiết kế hệ thống xử lý chất lỏng phù hợp.

Chất lỏng có thể được phân loại theo độ nhớt thành ba loại chính sau đây:

1. Chất lỏng nhớt thấp: Đây là loại chất lỏng có độ nhớt thấp, dễ chảy và có độ mỏi thấp. Chất lỏng nhớt thấp có khả năng dễ dàng chảy qua các khe hẹp và có tốc độ chảy nhanh. Ví dụ về chất lỏng nhớt thấp bao gồm nước, dầu khoáng, và các dung dịch loãng.
2. Chất lỏng nhớt trung bình: Đây là loại chất lỏng có độ nhớt trung bình, có khả năng chảy một cách trung bình và có độ mỏi trung bình. Chất lỏng nhớt trung bình thường có tốc độ chảy trung bình và có thể chảy qua các khe hẹp một cách tương đối dễ dàng. Một số ví dụ bao gồm một số loại dầu nhớt trung bình, nhớt trung bình, và keo.
3. Chất lỏng nhớt cao: Đây là loại chất lỏng có độ nhớt cao, khó chảy và có độ mỏi cao. Chất lỏng nhớt cao có tốc độ chảy chậm và không thể chảy dễ dàng qua các khe hẹp. Ví dụ về chất lỏng nhớt cao bao gồm một số loại dầu nhớt cao, gel, và các dung dịch đặc biệt.

Chất lỏng Newton

Chất lỏng Newton là loại chất lỏng mà độ nhớt của nó không thay đổi dưới tác động của áp lực và tốc độ chảy. Tức là, độ nhớt của chất lỏng Newton là một hằng số và không phụ thuộc vào các yếu tố khác như áp suất, nhiệt độ, hoặc cấu trúc phân tử.

Trong chất lỏng Newton, lực ma sát trong chất lỏng tạo ra phản ứng tuyến tính với lực áp dụng. Điều này có nghĩa là khi lực áp dụng tăng lên, tốc độ chảy của chất lỏng cũng tăng theo tỉ lệ thẳng.

Ví dụ phổ biến về chất lỏng Newton là nước và dầu khoáng.

Đặc điểm quan trọng của chất lỏng Newton là tính chất dễ dàng dự đoán và mô hình hóa. Điều này giúp trong việc thiết kế hệ thống chuyển động chất lỏng, lưu chất và quy trình công nghiệp liên quan đến chất lỏng Newton.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không tất cả các chất lỏng đều là chất lỏng Newton. Một số chất lỏng có độ nhớt thay đổi theo tốc độ chảy hoặc áp lực được xem là chất lỏng phi Newton.

Chất lỏng phi Newton

Chất lỏng phi Newton là loại chất lỏng mà độ nhớt của nó thay đổi khi áp lực hoặc tốc độ chảy thay đổi. Tức là, độ nhớt của chất lỏng phi Newton không phải là một hằng số và có thể thay đổi theo các yếu tố khác nhau như áp suất, nhiệt độ, cấu trúc phân tử, hình dạng, và tỷ lệ biến đổi của chất lỏng.

Trong chất lỏng phi Newton, lực ma sát trong chất lỏng không tạo ra phản ứng tuyến tính với lực áp dụng. Thay vào đó, độ nhớt của chất lỏng có thể tăng hoặc giảm khi áp suất hoặc tốc độ chảy thay đổi.

Ví dụ về chất lỏng phi Newton bao gồm keo, sơn, gel, và các dung dịch đặc biệt.

Đặc điểm quan trọng của chất lỏng phi Newton là độ nhớt có thể được điều chỉnh và thay đổi theo yêu cầu. Điều này làm cho chúng hữu ích trong các ứng dụng nơi độ nhớt linh hoạt là cần thiết, như trong quá trình sản xuất, công nghệ dược phẩm, và các quá trình tạo mẫu.

Việc hiểu và đo lường chất lỏng phi Newton đòi hỏi các phương pháp và thiết bị đo như viscometer và rheometer, để xác định và mô hình hóa sự biến đổi của độ nhớt khi chất lỏng trải qua các điều kiện khác nhau.

Hệ số nhớt của chất lỏng

Độ nhớt được thể hiện bằng hệ số nhớt của chất lỏng, hệ số nhớt của chất lỏng được tính bằng Poise, hệ đo lường quốc tế dụng Pa.s.

Các chất lỏng khác nhau sẽ có hệ số nhớt khác nhau, dưới đây là bảng biểu thể hiện hệ số nhớt của một số loại chất lỏng phổ biến:

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng

Các yếu tố gây ảnh hưởng đến độ nhớt tiêu biểu đó là: Nhiệt độ và áp suất. Đây là hai yếu tố tiêu biểu sẽ gây ảnh hưởng nhất định đến độ nhớt của chất lỏng.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của chất lỏng như nào? Độ nhớt của chất lỏng tỉ lệ thuận với nhiệt độ của nó, khi nhiệt độ càng tăng cao thì độ nhớt của chất lỏng càng tăng nhanh. Đối với các chất lỏng khác nhau, thì sự ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt của nó sẽ khác nhau.

Vậy áp suất ảnh hưởng của áp suất đến độ nhớt của chất lỏng như nào? Độ nhớt của chất lỏng thường ít chịu ảnh hưởng bởi áp suất, tuy nhiên khi chất lỏng chịu mức áp suất cực cao thì độ nhớt của chất lỏng sẽ chịu thay đổi nhất định. Khi áp suất tăng thì độ nhớt của chất lỏng cũng tăng.

Tìm hiểu thêm: Đơn vị đo lực