Dầu công nghiệp hay dầu thủy lực có tính chất rất quan trọng chính là độ nhớt. Những phần tử trong dòng chảy nhanh sẽ tác động đến phần tử vật chất chậm làm tăng động năng hoặc làm kìm hãm chuyển động, từ đó xuất hiện lực ma sát trong. Bài viết hôm nay sẽ cùng bạn đi tìm hiểu độ nhớt động học là gì? Ý nghĩa và ứng dụng của độ nhớt động học trong thực tế.
Độ nhớt động học là gì?
Độ nhớt động học của chất lỏng hay còn gọi là nhớt động, đây là thước đo sức cản bên trong của chất lỏng dưới tác dụng của lực hấp dẫn với dòng chảy. Nó được xác định bằng cách đo thời gian được tính bằng giây để một thể tích chất lỏng cố định có thể chảy trong một khoảng cách đã biết bằng trọng lực thông qua ống mao dẫn trong nhớt kế đã hiệu chuẩn với nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ.
Giá trị này được chuyển đổi thành các đơn vị tiêu chuẩn như milimet vuông trên giây hoặc centistokes (cSt). Chỉ khi nhiệt độ tại nơi thử nghiệm cũng được báo cáo thì báo cáo độ nhớt mới có giá trị, chẳng hạn như 23 cSt ở 40 độ C.
Trong số các thí nghiệm được dùng để phân tích dầu đã qua sử dụng, không có thí nghiệm nào cung cấp được tính nhất quán hoặc độ lặp lại tốt hơn độ nhớt. Tương tự đó, không có đặc tính nào quan trọng hơn việc bôi trơn thành phần hiệu quả hơn là độ nhớt của dầu gốc. Trong đó, độ nhớt có thể được đo hoặc báo cáo ở dạng độ nhớt động lực học và độ nhớt động học. Hai loại này dễ gây nhầm lẫn nhưng lại có sự khác biệt khá lớn.
Cách đo độ nhớt động học là gì? Thông thường, nó sẽ được đo bằng cách sử dụng thiết bị đo độ nhớt, được biểu diễn thông qua độ nhớt tĩnh, độ nhớt động và hệ số độ nhớt năng động. Hầu hết trong các thí nghiệm phân tích dầu được sử dụng đều phải đo và báo cáo độ nhớt động lực học. Tuy nhiên, hầu hết các máy đo độ nhớt tại chỗ đo độ nhớt động học nhưng lại được lập trình để ước tính và báo cáo độ nhớt động học.
Khi mà việc phân tích độ nhớt ngày càng quan trọng và các công cụ phân tích dầu tại chỗ ngày càng phổ biến rộng rãi thì các nhà phân tích dầu càng phải hiểu rõ được sự khác biệt giữa hai phép đo động học và động lực học.
Tìm hiểu về độ nhớt động học của chất lỏng (Ảnh: Internet)
Tóm lại, hiểu một cách đơn giản, độ nhớt là khả năng chống lại dòng chảy của chất lỏng ở nhiệt độ nhất định. Độ nhớt đôi khi còn được gọi là độ dày hay trọng lượng. Tuy nhiên, độ nhớt không phải là phép đo kích thước, vì thế gọi dầu có độ nhớt cao là đặc hay độ nhớt ít là loãng là quan niệm hoàn toàn sai lầm.
Tương tự đó, nếu không có tham chiếu nhiệt độ khi đo độ nhớt thì báo cáo đó đều trở nên vô nghĩa. Nhiệt độ là điều kiện cần được xác định để giải thích được số đọc độ nhớt. Độ nhớt thông thường sẽ được báo cáo ở nhiệt độ từ 40 độ C và 100 độ C hoặc cả hai nếu được yêu cầu.
Cách đo độ nhớt động học là gì?
Các đơn vị kỹ thuật được sử dụng phổ biến để biểu thị độ nhớt hiện nay phải kể đến centistoke (cSt) với độ nhớt động học, centipoise (cP) với độ nhớt động lực học. Độ nhớt động học tính bằng cSt ở nhiệt độ 40 độ C là cơ sở cho hệ thống phân loại độ nhớt động học ISO 3448 là tiêu chuẩn quốc tế. Hệ thống độ nhớt động học phổ biến khác như Saybolt Universal Seconds (SUS), hệ thống phân loại SAE cũng có thể liên quan đến đo độ nhớt ở 40 độ C hoặc 100 độ C.
Công thức đo độ nhớt động học
Vậy cách đo độ nhớt động học là gì? Nó được đo bằng cách chú ý thời gian dầu đi qua lỗ của ống mao mạch dẫn dưới tác dụng của trọng lực. Khi đó, lỗ của ống đo độ nhớt động học sẽ tạo ra lực cản cố định với dòng chảy. Các mao quản với kích thước khác nhau có sẵn sẽ hỗ trợ các chất lỏng có độ nhớt khác nhau.
Thời gian cần thiết để chất lỏng chảy qua ống mao dẫn được chuyển đổi thành độ nhớt động học bằng việc sử dụng hằng số hiệu chuẩn đơn giản được cung cấp cho mỗi ống. Quy trình chính thực hiện phép đo độ nhớt động học là ASTM D445. Thông thường, nó sẽ được sửa đổi khi ở phòng thí nghiệm phân tích dầu đã qua sử dụng để phép đo kiểm tra hiệu quả hơn và tiết kiệm được thời gian.
Độ nhớt động học thường có ký hiệu là v, đơn vị tính là m2/s, được minh họa trong hình dưới đây:
Minh họa đo độ nhớt động học của dầu nhớt bằng nhớt kế mao dẫn (Ảnh: Internet)
Độ nhớt động học và độ nhớt động lực có liên quan với nhau thông qua biểu thức sau:
Công thức tính độ nhớt động học (Ảnh: Internet)
Bảng độ nhớt động học của chất lỏng
Dưới đây là bảng đo độ nhớt động học của mốt số chất lỏng thông thường
| CentiStokes | Saybolt Second Universal (SSU, SUS) | Typical liquid |
| 0.1 | Mercury | |
| 1 | 31 | Water (20 độ C) |
| 4.3 | 40 | Milk
SAE 20 Crankcase Oil SAE 75 Gear Oil |
| 15.7 | 80 | No. 4 fuel oil |
| 20.6 | 100 | Cream |
| 43.2 | 200 | Vegetable oil |
| 110 | 500 | SAE 30 Crankcase Oil
SAE 85 Gear Oil |
| 220 | 1000 | Tomato Juice
SAE 50 Crankcase Oil SAE 90 Gear Oil |
| 440 | 2000 | SAE 140 Gear Oil |
| 1100 | 5000 | Glycerine (20 độ C)
SAE 250 Gear Oil |
| 2200 | 10000 | Honey |
| 6250 | 28000 | Mayonnaise |
| 19000 | 86000 | Sour cream |
Ý nghĩa và ứng dụng của độ nhớt động học trong thực tế
Độ nhớt động học là khái niệm quan trọng trong vật lý và hóa học, nhất là đối với các ứng dụng liên quan đến dòng chảy của chất lỏng. Độ nhớt động học là yếu tố quan trọng trong các ứng dụng thiết kế, sản xuất sản phẩm cũng như quy trình trong cuộc sống. Vậy ứng dụng của độ nhớt động học là gì, sau đây là một số ứng dụng trong thực tế của độ nhớt động học:
Ngành dầu khí và năng lượng
Đây được coi là ngành có ứng dụng phổ biến nhất của độ nhớt động học, nó được sử dụng để dự đoán và xác định tình hình dòng chảy của dầu, khí, các chất lỏng khác trong quá trình khai thác, sản xuất cũng như vận chuyển. Qua đó giúp tối ưu hóa được hiệu suất, sự cố trong các hệ thống ống dẫn và thiết bị liên quan được giảm thiểu.
Ngành thực phẩm
Trong việc thiết kế, sản xuất đồ uống và thực phẩm thì độ nhớt động học nắm giữ vai trò quan trọng. Chúng là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình đóng gói, cảm giác, chất lượng và phân phối sản phẩm.
Ngành dược phẩm
Vậy vai trò trong dược phẩm của độ nhớt động học là gì? Việc kiểm tra, kiểm định chất lượng của các dạng dược phẩm như kem, thuốc nén, siro,… đều cần sử dụng đến độ nhớt động học.
Ứng dụng của độ nhớt động học trong các ngành sản xuất (Ảnh: Internet)
Ngành công nghiệp hóa chất
Trong ngành này, độ nhớt động học giúp kiểm soát ở nhiều quá trình sản xuất hóa chất như quá trình trải qua ống dẫn, hỗn hợp và những phản ứng hóa học.
Ngành sơn và mực in
Thông qua độ nhớt động học, quá trình sản xuất mực in, sơn, keo được kiểm soát dựa trên độ nhớt và cảm giác của chúng. Điều này giúp đảm bảo được sự đồng nhất và thích hợp trong quá trình ứng dụng.
Ngành dệt may
Độ nhớt động học đóng vai trò quan trọng trong sản xuất vải, sợi, đặc biệt là quá trình kéo dãn và xoắn của sợi, chúng có thể làm thay đổi cảm giác cũng như chất lượng của sản phẩm dệt.
Ngành sản xuất giấy
Độ nhớt động học gây tác động đến quá trình trải và kết dính sợ giấy, trực tiếp gây ra ảnh hưởng đến cảm giác và chất lượng của giấy khi sản xuất.
>>> Có thể bạn quan tâm: Thiết bị đo độ nhớt kem hàn
Kết luận
Trên đây, Hapoin đã cùng bạn đi tìm hiểu khái niệm độ nhớt động học là gì cũng như ý nghĩa quan trọng của nó ở các ngành nghề trong đời sống. Có thể thấy, độ nhớt động học của các chất lỏng cần được hiểu rõ và kiểm soát để có thể đảm bảo chất lượng sản phẩm, cải thiện hiệu suất sản xuất và an toàn khi vận hành
Jasmine Wu – Hapoin
