Mirip dengan koefisien suhu ekspansi linier, Anda dapat memasukkan dan menerapkan koefisien suhu ekspansi volumetrik, yang merupakan karakteristik perubahan volume suatu benda ketika suhunya berubah. Telah diketahui secara empiris bahwa pertambahan volume dalam hal ini dapat dianggap sebanding dengan perubahan suhu, jika tidak berubah dalam jumlah yang sangat besar. Koefisien muai volumetrik dapat ditentukan dengan berbagai cara; tidak ada satu sebutan pun. Sebutan umum adalah:
DEFINISI
Mari kita nyatakan volume benda pada suhu awal (t) sebagai V, volume benda pada suhu akhir sebagai , volume benda pada suhu sebagai , maka koefisien muai volumetrik definisikan sebagai rumus:
Padatan dan cairan bertambah volumenya sedikit seiring bertambahnya suhu; oleh karena itu, apa yang disebut “volume normal” () pada suatu suhu tidak berbeda secara signifikan dengan volume pada suhu lain. Oleh karena itu, pada ekspresi (1) diganti dengan V, yang menghasilkan:
Perlu dicatat bahwa untuk gas, ekspansi termalnya berbeda dan penggantian volume "normal" dengan V hanya mungkin dilakukan pada rentang suhu yang kecil.
Koefisien muai volume dan volume tubuh
Dengan menggunakan koefisien muai volumetrik, Anda dapat menulis rumus yang memungkinkan Anda menghitung volume suatu benda jika volume awal dan kenaikan suhu diketahui:
Di mana . Ekspresi () disebut binomial ekspansi volumetrik.
Ekspansi termal suatu benda padat dikaitkan dengan anharmonisitas getaran termal partikel-partikel yang membentuk kisi kristal benda tersebut. Akibat osilasi ini, dengan meningkatnya suhu suatu benda, jarak kesetimbangan antara partikel-partikel tetangga benda tersebut meningkat.
Koefisien muai volume dan kepadatan materi
Jika, dengan massa konstan, terjadi perubahan volume suatu benda, hal ini menyebabkan perubahan kepadatan zatnya:
dimana adalah massa jenis awal, adalah massa jenis zat pada suhu baru. Karena kuantitasnya maka ekspresi (4) kadang-kadang ditulis sebagai:
Rumus (3)-(5) dapat digunakan saat memanaskan suatu benda dan saat mendinginkannya.
Hubungan antara koefisien ekspansi termal volumetrik dan linier
Satuan
Satuan utama pengukuran koefisien ekspansi termal dalam sistem SI adalah:
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Berapa tekanan yang ditunjukkan oleh barometer air raksa yang terletak di dalam ruangan jika suhu di dalam ruangan konstan dan sama dengan t = 37 o C. Koefisien muai volumetrik air raksa sama dengan Muai kaca dapat diabaikan. |
| Larutan | Volume sebenarnya air raksa dalam barometer adalah nilai V, yang dapat dicari dengan persamaan: dimana adalah volume merkuri pada tekanan atmosfer normal Karena suhu di dalam ruangan tidak berubah, kita dapat menggunakan hukum Boyle-Mariotte dan menulis bahwa: Mari kita lihat perhitungannya: |
| Menjawab |  Pa |
dan suhu.CONTOH 2
| Latihan | Berapakah selisih tinggi zat cair dalam dua tabung yang identik jika suhu tabung kiri dan tabung kanan tetap title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="66" style="vertical-align: -4px;">). Высота жидкости в левой трубке равна (рис.1). Коэффициент объемного расширения жидкости равен . Расширение стекла моно не учитывать.!} |
Ketika suhu berubah, ukuran benda padat berubah, yang disebut pemuaian termal. Bedakan antara ekspansi termal linier dan volumetrik. Proses-proses ini dicirikan oleh koefisien muai panas (suhu): - koefisien muai panas linier rata-rata, koefisien muai panas volumetrik rata-rata.
DEFINISI
Koefisien ekspansi termal adalah besaran fisis yang mencirikan perubahan dimensi linier suatu benda padat ketika suhunya berubah.
Koefisien ekspansi linier rata-rata biasanya digunakan. Ini adalah karakteristik ekspansi termal suatu material.
Jika panjang awal suatu benda sama dengan , maka perpanjangannya dengan kenaikan suhu tubuh sebesar , maka ditentukan dengan rumus:
Koefisien pemanjangan linier merupakan ciri pemanjangan relatif (), yang terjadi ketika suhu suatu benda meningkat sebesar 1 K.
Dengan meningkatnya suhu, volume zat padat meningkat. Sebagai perkiraan pertama, kita dapat berasumsi bahwa:
dimana adalah volume awal benda, adalah perubahan suhu benda. Maka koefisien muai volume suatu benda adalah besaran fisis yang mencirikan perubahan relatif volume benda (), yang terjadi bila benda dipanaskan sebesar 1 K dan tekanannya tetap. Definisi matematis dari koefisien muai volumetrik adalah dengan rumus:
Ekspansi termal suatu benda padat dikaitkan dengan anharmonisitas getaran termal partikel-partikel yang membentuk kisi kristal benda tersebut. Akibat osilasi ini, dengan meningkatnya suhu suatu benda, jarak kesetimbangan antara partikel-partikel tetangga benda tersebut meningkat.
Ketika volume suatu benda berubah, kepadatannya berubah:
dimana adalah massa jenis awal, adalah massa jenis zat pada suhu baru. Karena kuantitasnya maka ekspresi (4) kadang-kadang ditulis sebagai:
Koefisien muai panas bergantung pada zatnya. Secara umum, mereka bergantung pada suhu. Koefisien muai panas dianggap tidak bergantung pada suhu pada rentang suhu yang kecil.
Ada sejumlah zat yang memiliki koefisien muai panas negatif. Jadi, seiring meningkatnya suhu, material tersebut menyusut. Hal ini biasanya terjadi dalam kisaran suhu yang sempit. Ada zat yang koefisien muai panasnya hampir nol pada kisaran suhu tertentu.
Ekspresi (3) digunakan tidak hanya untuk padatan, tetapi juga untuk cairan. Dipercaya bahwa koefisien muai panas untuk cairan tetesan tidak berubah secara signifikan dengan perubahan suhu. Namun, ketika menghitung sistem pemanas, hal ini diperhitungkan.
Hubungan antara koefisien muai panas
Satuan
Satuan SI dasar untuk mengukur koefisien muai panas adalah:
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Untuk menentukan koefisien muai volumetrik zat cair digunakan alat yang disebut piknometer. Ini adalah labu kaca dengan leher sempit (Gbr. 1). Tanda ditempatkan di leher yang menunjukkan kapasitas bejana (biasanya dalam ml). Bagaimana piknometer digunakan? |
| Larutan | Koefisien muai volumetrik diukur sebagai berikut. Piknometer diisi dengan cairan uji sampai tanda yang dipilih. Labu dipanaskan sambil memperhatikan perubahan kadar zat. Dengan diketahui nilai-nilai seperti: volume awal piknometer, luas penampang saluran leher labu, perubahan suhu menentukan proporsi volume awal zat cair yang masuk ke leher labu. piknometer bila dipanaskan sebesar 1 K. Perlu diperhatikan bahwa koefisien muai zat cair lebih besar dari nilai yang diperoleh, karena labu dipanaskan dan dimuai. Oleh karena itu, untuk menghitung koefisien muai suatu zat cair, ditambahkan koefisien muai zat dalam labu (biasanya gelas). Harus dikatakan bahwa karena koefisien muai volumetrik kaca jauh lebih kecil daripada koefisien muai cair, maka dalam perhitungan perkiraan, koefisien muai kaca dapat diabaikan. |
CONTOH 2
| Latihan | Apa saja ciri-ciri pemuaian air? Apa pentingnya fenomena ini? |
| Larutan | Air, tidak seperti kebanyakan zat cair lainnya, memuai jika dipanaskan hanya jika suhunya di atas 4 o C. Dalam kisaran suhu tersebut, volume air berkurang seiring dengan meningkatnya suhu. Air tawar memiliki kepadatan maksimum. Untuk air laut kepadatan maksimum dicapai pada. Peningkatan tekanan menurunkan suhu kepadatan maksimum air. Karena hampir 80% permukaan planet kita tertutup air, ciri-ciri perluasannya memainkan peran penting dalam menciptakan iklim di Bumi. Sinar matahari yang mengenai permukaan air memanaskannya. Jika suhu di bawah 1-2 o C, maka lapisan air yang dipanaskan mempunyai massa jenis lebih tinggi dibandingkan lapisan air dingin dan tenggelam. Pada saat yang sama, tempatnya digantikan oleh lapisan yang lebih dingin, yang pada gilirannya memanas. Ini adalah bagaimana lapisan air terus berubah dan ini menyebabkan pemanasan kolom air hingga kepadatan maksimum tercapai. Peningkatan suhu lebih lanjut menyebabkan lapisan atas air berkurang kepadatannya dan tetap berada di atas. Jadi, ternyata lapisan air yang besar menghangat hingga suhu kepadatan maksimum dengan cukup cepat, dan terus meningkat suhu pergi perlahan-lahan. Akibatnya, lapisan dalam bumi dari kedalaman tertentu memiliki suhu sekitar 2-3 o C. Dalam hal ini, suhunya lapisan atas air di lautan negara-negara hangat dapat memiliki suhu sekitar 30 o C dan lebih tinggi. |
15.07.2012
Sifat fisik oli hidrolik dan pengaruhnya terhadap karakteristik kinerja
1. Viskositas, karakteristik suhu-viskositas
Viskositas adalah kriteria paling penting untuk menilai kemampuan menahan beban oli hidrolik. Viskositas dibedakan berdasarkan indikator dinamis dan kinematik.
Minyak pelumas industri dan minyak hidrolik diklasifikasikan menurut ISO kelas viskositas berdasarkan viskositas kinematiknya, yang selanjutnya digambarkan sebagai rasio viskositas dinamis terhadap densitas. Suhu referensi adalah 40 °C. Satuan pengukuran resmi ( St) untuk viskositas kinematik adalah m 2 /s, dan dalam industri penyulingan minyak satuan pengukuran viskositas kinematik adalah cSt(centistokes) atau mm 2 /s. Klasifikasi viskositas ISO, DIN 51519 untuk industri cair pelumas menjelaskan 18 tingkat (kelas) viskositas dari 2 hingga 1500 mm 2 /s pada suhu 40 °C. Setiap tingkatan ditentukan oleh viskositas rata-ratanya pada 40 °C dan dengan deviasi yang diijinkan sebesar ±10% dari nilai ini. Ketergantungan viskositas-suhu memiliki sangat penting untuk oli hidrolik. Viskositas meningkat tajam dengan penurunan suhu dan menurun dengan peningkatan suhu. Dalam praktiknya, ambang batas viskositas fluida (viskositas yang diizinkan pada saat start-up, sekitar 800–2000 mm 2 /s) diperlukan untuk digunakan dalam pompa berbagai jenis. Viskositas minimum yang diijinkan pada suhu tinggi ditentukan oleh awal fase gesekan batas. Viskositas minimum tidak boleh lebih rendah dari 7-10 mm 2 /s untuk menghindari keausan pompa dan motor yang tidak dapat diterima. Kurva pada grafik viskositas-suhu menggambarkan ketergantungan viskositas cairan hidrolik pada suhu. Dalam kondisi linier V—T- kurvanya hiperbolik. Dengan transformasi matematis ini B—T- Kurva dapat direpresentasikan sebagai garis lurus. Garis-garis ini memungkinkan penentuan viskositas secara akurat pada rentang suhu yang luas. Indeks viskositas (VI) merupakan kriteria B—T-ketergantungan, dan V—T- kurva - gradien pada grafik. Semakin tinggi VI fluida hidrolik, semakin kecil perubahan viskositasnya seiring dengan perubahan suhu, yaitu semakin datar B—T- kurva. Oli hidrolik berbahan dasar oli mineral biasanya memiliki VI natural 95-100. Oli hidrolik sintetik berbahan dasar ester memiliki batas VI 140-180, dan poliglikol memiliki VI alami 180-200 (Gbr. 1)
Indeks kekentalan juga dapat ditingkatkan dengan menggunakan bahan aditif (zat aditif polimer yang harus stabil terhadap geser) yang disebut peningkat VI atau aditif viskositas. Oli hidraulik VI tinggi memudahkan penyalaan, mengurangi kehilangan kinerja pada suhu lingkungan rendah, dan meningkatkan perlindungan penyegelan dan keausan pada suhu pengoperasian tinggi. Oli indeks tinggi meningkatkan efisiensi sistem dan memperpanjang umur komponen yang mengalami keausan (semakin tinggi viskositas pada suhu pengoperasian, semakin baik faktor volumenya).
2. Ketergantungan viskositas pada tekanan
Ketergantungan tekanan pada viskositas pelumas bertanggung jawab atas kapasitas menahan beban lapisan pelumas. Viskositas dinamis media cair meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan. Di bawah ini adalah metode untuk mengatur ketergantungan viskositas dinamis pada tekanan pada suhu konstan.
Ketergantungan viskositas pada tekanan, yaitu peningkatan viskositas seiring dengan peningkatan tekanan pengaruh positif pada beban spesifik (misalnya pada bantalan), karena viskositas film pelumas meningkat di bawah pengaruh tekanan parsial tinggi dari 0 hingga 2000 atm. Viskositas HFC cairan meningkat dua kali lipat, minyak mineral - 30 kali lipat, in HFD cairan - 60 kali. Hal ini menjelaskan masa pakai bantalan rol yang relatif singkat jika dilumasi ( HFA, HFC) minyak pelumas untuk berbahan dasar air. Pada Gambar. Gambar 2. dan 3 menunjukkan ketergantungan viskositas pada tekanan berbagai cairan hidrolik.
Karakteristik suhu-viskositas juga dapat digambarkan dengan ekspresi eksponensial:
η = η ο · e α P ,
Dimana η ο adalah viskositas dinamis pada tekanan atmosfer, α adalah koefisien hubungan “viskositas-tekanan”, R-tekanan. Untuk HFCα = 3,5 · 10 -4 atm -1 ;
Untuk HFDα = 2,2·10 -3 atm -1 ; Untuk HLP= 1,7·10 -3 atm -1
3. Kepadatan
Hilangnya fluida hidrolik dalam pipa dan elemen sistem hidrolik berbanding lurus dengan densitas fluida. Misalnya, kehilangan tekanan berbanding lurus dengan kepadatan:
Δ P= (ρ/2) ξ Dengan 2 ,
Dimana ρ adalah densitas fluida, ξ adalah koefisien hambatan, Dengan adalah kecepatan aliran fluida, dan Δ P- hilangnya tekanan.
Massa jenis ρ adalah massa per satuan volume zat cair.
ρ = m/V(kg/m3).
Massa jenis fluida hidrolik diukur pada suhu 15 °C. Itu tergantung pada suhu dan tekanan, karena volume cairan meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Jadi, perubahan volume zat cair akibat pemanasan terjadi sesuai persamaan
Δ V=V·β suhu Δ T,
Apa yang menyebabkan perubahan kepadatan:
Δρ = ρ·β suhu Δ T.
Dalam kondisi hidrostatik pada suhu -5 hingga +150 °C, penggunaannya sudah cukup rumus linier ke persamaan di atas. Koefisien muai volumetrik termal β temp dapat diterapkan pada semua jenis fluida hidrolik.
Karena koefisien muai panas minyak mineral kira-kira 7 · 10 -4 K -1, volume fluida hidrolik meningkat sebesar 0,7% jika suhunya meningkat sebesar 10 °C. Pada Gambar. Gambar 5 menunjukkan ketergantungan volume cairan hidrolik terhadap suhu.
Hubungan densitas-tekanan fluida hidrolik juga harus dimasukkan dalam evaluasi hidrostatik, karena kompresibilitas fluida berdampak negatif terhadapnya. karakteristik dinamis. Ketergantungan massa jenis pada tekanan dapat dengan mudah dibaca dari kurva yang sesuai (Gbr. 6).
4. Kompresibilitas
Kompresibilitas cairan hidrolik berdasarkan oli mineral bergantung pada suhu dan tekanan. Pada tekanan hingga 400 atm dan suhu hingga 70 °C, yang merupakan batas sistem industri, kompresibilitas relevan dengan sistem. Cairan hidrolik yang digunakan di sebagian besar sistem hidrolik dianggap tidak dapat dimampatkan. Namun, pada tekanan 1000 hingga 10.000 atm, perubahan kompresibilitas medium dapat diamati. Kompresibilitas dinyatakan dengan koefisien β atau modulus M(Gbr. 7, M = KE).
M= 1/β atm = 1/β · 10 5 N · m 2 = 1/β · 10 5 Pa.
Perubahan volume dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan
Δ V=V · β( P maks - R awal)
Dimana Δ V— perubahan volume; R maks — tekanan maksimum;R mulai - tekanan awal.
5. Kelarutan gas, kavitasi
Udara dan gas lainnya dapat larut dalam cairan. Cairan tersebut dapat menyerap gas hingga titik jenuhnya. Hal ini seharusnya tidak berdampak buruk pada kinerja cairan. Kelarutan suatu gas dalam cairan bergantung pada komponen dasar jenis gas, tekanan dan suhu. Pada tekanan hingga ≈300 atm. Kelarutan suatu gas sebanding dengan tekanan dan mengikuti hukum Henry.
V G= V F·α V · P/P Hai,
Di mana VG— volume gas terlarut; V F adalah volume cairan, R o - Tekanan atmosfer, P— tekanan fluida; α V adalah koefisien distribusi Bunsen (1,013 mbar, 20 °C).
Rasio Bunsen sangat bergantung pada cairan dasar dan menunjukkan berapa banyak (%) gas yang terlarut dalam satuan volume cairan dalam kondisi normal. Gas terlarut dapat dilepaskan dari fluida hidrolik pada tekanan statis rendah (laju aliran tinggi dan tegangan geser tinggi) hingga tercapai titik jenuh baru. Laju keluarnya gas dari cairan biasanya lebih besar daripada laju penyerapan gas oleh cairan. Gas yang meninggalkan cairan dalam bentuk gelembung mengubah kompresibilitas cairan dengan cara yang mirip dengan gelembung udara. Bahkan pada tekanan rendah, sejumlah kecil udara dapat secara drastis mengurangi sifat tidak dapat dimampatkan suatu fluida. Pada sistem bergerak dengan laju sirkulasi cairan yang tinggi, kandungan udara yang tidak larut dapat mencapai nilai hingga 5%. Udara yang tidak larut ini mempunyai pengaruh yang sangat negatif terhadap kinerja, daya dukung beban dan dinamika sistem (lihat bagian 6 - deaerasi dan bagian 7 - pembusaan). Karena kompresibilitas fluida dalam sistem biasanya terjadi dengan sangat cepat, gelembung udara dapat tiba-tiba menjadi panas suhu tinggi(kompresi adiabatik). Dalam kasus ekstrim, suhu pembakaran cairan dapat tercapai dan efek mikrodiesel dapat terjadi.
Gelembung gas juga dapat meledak di dalam pompa akibat kompresi, yang dapat mengakibatkan kerusakan akibat erosi (kadang disebut kavitasi atau kavitasi semu). Situasinya bisa menjadi lebih buruk jika gelembung uap terbentuk di dalam cairan. Jadi, kavitasi terjadi ketika tekanan turun di bawah kelarutan gas atau di bawah tekanan uap jenuh cairan.
Kavitasi terutama terjadi pada sistem terbuka dengan volume konstan, sehingga bahaya dari fenomena ini relevan untuk sirkuit masuk dan keluar serta pompa. Penyebabnya mungkin tekanan absolut yang terlalu rendah akibat hilangnya kecepatan aliran di tempat yang sempit Persimpangan, pada filter, manifold dan katup throttle, karena kelebihan tekanan masuk atau kehilangan tekanan karena viskositas fluida yang berlebihan. Kavitasi dapat menyebabkan erosi pompa, penurunan efisiensi, puncak tekanan, dan kebisingan berlebihan.
Fenomena ini dapat berdampak buruk pada stabilitas pengatur throttle dan menyebabkan busa pada wadah jika campuran cairan-air dikembalikan ke wadah pada tekanan atmosfer.
6. Deaerasi
Ketika fluida hidrolik kembali ke reservoir, aliran fluida dapat membawa udara bersamanya. Hal ini dapat terjadi karena kebocoran pada pipa selama penyempitan dan vakum sebagian. Turbulensi di dalam tangki atau kavitasi lokal menunjukkan terbentuknya gelembung udara di dalam cairan.
Udara yang terperangkap harus dibuang ke permukaan cairan, jika tidak, jika masuk ke dalam pompa dapat menyebabkan kerusakan pada komponen sistem lainnya. Kecepatan naiknya gelembung udara ke permukaan bergantung pada diameter gelembung, viskositas cairan, serta kepadatan dan kualitas minyak dasar. Semakin tinggi kualitas dan kemurnian base oil maka semakin cepat terjadinya deaerasi. Oli dengan viskositas rendah umumnya mengalami de-aerasi lebih cepat dibandingkan oli dasar dengan viskositas tinggi. Hal ini disebabkan oleh kecepatan naiknya gelembung.
C = (ρ FL -ρ L )Χ/η,
Dimana ρ FL— kepadatan cairan; ρ L— kepadatan udara; η—viskositas dinamis; X adalah konstanta yang bergantung pada densitas dan viskositas cairan.
Sistem harus dirancang sedemikian rupa sehingga udara tidak masuk ke dalam cairan dan, jika masuk, gelembung udara yang tertahan dapat dengan mudah keluar. Area kritis adalah tangki yang harus dilengkapi dengan baffle dan deflektor udara, serta konfigurasi perpipaan dan sirkuit. Aditif tidak dapat memberikan efek positif pada sifat deaerasi cairan hidrolik. Surfaktan (khususnya aditif antibusa berbahan dasar silikon) dan kontaminan (seperti gemuk dan penghambat korosi) berdampak buruk terhadap karakteristik pelepasan oli hidrolik. Minyak mineral umumnya memiliki sifat pelepasan udara yang lebih baik dibandingkan cairan tahan api. Sifat deaerasi HPLD fluida hidrolik dapat dibandingkan dengan sifat-sifat fluida hidrolik HLP.
Pengujian untuk menentukan sifat deaerasi dijelaskan dalam standar KERIUHAN 51 381. Metode ini melibatkan penyuntikan udara ke dalam minyak. Bilangan deaerasi adalah waktu yang diperlukan udara (minus 0,2%) untuk meninggalkan cairan pada suhu 50 °C dalam kondisi tertentu.
Proporsi udara yang terdispersi ditentukan dengan mengukur densitas campuran minyak-udara.
7. Berbusa
Busa permukaan terjadi ketika laju deaerasi lebih tinggi daripada laju pecahnya gelembung udara pada permukaan cairan, yaitu ketika lebih banyak gelembung yang terbentuk daripada yang hancur. Dalam skenario terburuk, busa ini dapat dikeluarkan dari tangki melalui lubang atau dibawa ke dalam pompa. Aditif antibusa berbahan dasar silikon atau bebas silikon dapat mempercepat pemecahan gelembung dengan mengurangi tegangan permukaan busa. Mereka juga berdampak negatif pada sifat deaerasi fluida, yang dapat menyebabkan masalah kompresibilitas dan kavitasi. Oleh karena itu, aditif antibusa digunakan dalam konsentrasi yang sangat rendah (≈ 0,001%). Konsentrasi aditif antibusa mungkin semakin menurun akibat penuaan dan pengendapan permukaan logam, juga masalah busa sering muncul saat menggunakan cairan lama yang sudah terpakai. Pengenalan selanjutnya dari aditif anti-busa hanya boleh dilakukan setelah berkonsultasi dengan produsen cairan hidrolik.
Volume busa yang terbentuk pada permukaan cairan diukur seiring waktu (segera, setelah 10 menit) dan pada suhu yang berbeda(25 dan 95 °C). Surfaktan, deterjen atau dispersan, kontaminan seperti minyak, penghambat korosi, bahan pembersih, cairan pemotongan, produk samping oksidasi, dll. dapat berdampak negatif terhadap efektivitas aditif antibusa.
8. Demulsifikasi
Demulsifikasi adalah kemampuan fluida hidrolik untuk menolak air yang masuk. Air dapat masuk ke cairan hidrolik melalui kebocoran penukar panas, air yang mengembun di reservoir karena perubahan level oli yang signifikan, filtrasi yang buruk, kontaminasi air karena segel yang rusak, dan kondisi lingkungan yang ekstrem. Air dalam cairan hidrolik dapat menyebabkan korosi, kavitasi pada pompa, meningkatkan gesekan dan keausan, serta mempercepat kerusakan elastomer dan plastik. Air bebas harus dikeluarkan dari wadah cairan hidrolik secepat mungkin keran pembuangan. Kontaminasi dengan cairan pendingin yang larut dalam air, terutama pada peralatan mesin, dapat menyebabkannya residu lengket setelah airnya menguap. Hal ini dapat menyebabkan masalah pada pompa, katup, dan silinder. Cairan hidrolik harus dengan cepat dan tuntas menolak air yang masuk ke dalamnya. Demulsifikasi ditentukan oleh KERIUHAN 51.599, namun cara ini tidak berlaku untuk cairan hidrolik yang mengandung deterjen-dispersan ( DD) bahan tambahan. Demulsifikasi adalah waktu yang diperlukan untuk memisahkan campuran minyak dan air. Parameter demulsifikasi adalah:
. viskositas hingga 95 mm 2 /s pada 40 °C; suhu pengujian 54 °C;
. viskositas > 95 mm 2 /s; suhu 82 °C.
Dalam minyak hidrolik yang mengandung DD aditif, kontaminan air, cair dan padat ditahan dalam suspensi. Mereka dapat dihilangkan menggunakan sistem filter yang sesuai tanpa menggunakan fungsi hidrolik mesin, kecuali dampak negatif menjadi fluida hidrolik. Itu sebabnya DD Cairan hidrolik sering digunakan dalam peralatan mesin hidrostatik dan sistem hidrolik bergerak.
Untuk mesin dengan tingkat sirkulasi tinggi, yang memerlukan ketersediaan konstan dan terus-menerus terkena risiko air dan kontaminan lainnya, penggunaan cairan pembersih hidrolik adalah hal yang utama. Cairan hidrolik dengan sifat demulsifikasi direkomendasikan untuk digunakan dalam pembuatan baja dan bengkel rolling, di mana terdapat volume air yang besar dan laju sirkulasi yang rendah memungkinkan pemisahan emulsi di dalam tangki. Sifat demulsifikasi dalam bentuk modifikasi digunakan untuk menentukan kompatibilitas peralatan dengan oli hidrolik. Penuaan cairan hidrolik berdampak negatif pada sifat demulsifikasi.
9. Titik tuang
Titik tuang adalah temperatur terendah dimana suatu zat cair masih berwujud cair. Sampel cairan didinginkan secara sistematis dan diuji fluiditasnya pada penurunan suhu setiap 3 °C. Parameter seperti titik tuang dan batas viskositas menentukan suhu terendah yang memungkinkan penggunaan oli secara normal.
10. Korosi tembaga (uji pelat tembaga)
Bahan yang mengandung tembaga dan tembaga sering digunakan dalam sistem hidrolik. Bahan seperti kuningan, perunggu tuang, atau perunggu sinter ditemukan pada elemen bantalan, pemandu atau unit kendali, perosotan, pompa hidrolik, dan motor. Pipa tembaga digunakan dalam sistem pendingin. Korosi tembaga dapat menyebabkan kegagalan seluruh sistem hidrolik, sehingga uji korosi strip tembaga dilakukan untuk memberikan informasi tentang sifat korosif cairan dasar dan bahan tambahan pada bahan yang mengandung tembaga. Metode pengujian sifat korosif cairan hidrolik berbasis mineral, yaitu cairan yang dapat terurai secara hayati, terhadap logam non-besi dikenal sebagai metode Linde (metode penyaringan untuk menguji sifat korosif minyak yang dapat terbiodegradasi dalam kaitannya dengan paduan tembaga) ( SAE Buletin Teknis 981516, April 1998), juga dikenal sebagai VDMA 24570 (VDMA 24570 - cairan hidrolik biodegradable - efek pada paduan non-ferrous 03-1999 dalam bahasa Jerman).
Sesuai standar KERIUHAN 51 759, korosi pada pelat tembaga dapat berupa perubahan warna atau pembentukan serpihan. Pelat gerinda tembaga direndam dalam cairan uji selama waktu tertentu pada suhu tertentu. Oli hidrolik dan pelumas biasanya diuji pada suhu 100 °C. Tingkat korosi dinilai dalam poin:
1 - sedikit perubahan warna;
2 - perubahan warna sedang;
3 - perubahan warna yang kuat;
4 - korosi (penggelapan).
11. Kadar air (metode Karl Fischer)
Jika air memasuki sistem hidrolik yang sebagian terdispersi halus hingga menembus fase minyak, maka tergantung pada kepadatan fluida hidrolik, air juga dapat dilepaskan dari fase minyak. Kemungkinan ini harus diperhitungkan saat mengambil sampel untuk menentukan kadar air.
Penentuan kadar air dalam mg/kg (massa) dengan metode Karl Fischer melibatkan pengenalan larutan Karl Fischer melalui titrasi langsung atau tidak langsung.
12. Ketahanan terhadap penuaan (metode Baader)
Ini adalah upaya untuk mereplikasi studi tentang pengaruh udara, suhu dan oksigen pada cairan hidrolik di laboratorium. Sebuah upaya telah dilakukan untuk mempercepat penuaan oli hidrolik secara artifisial dengan menaikkan suhu di atas level tersebut aplikasi praktis, serta kadar oksigen dengan adanya katalis logam. Peningkatan viskositas dan peningkatan bilangan asam (asam bebas) dicatat dan dievaluasi. Hasil tes laboratorium diterjemahkan ke dalam kondisi praktis. Metode Baader adalah cara praktis untuk menguji penuaan oli hidrolik dan pelumas.
Untuk jangka waktu tertentu, sampel disimpan pada suhu dan tekanan aliran udara tertentu sambil secara berkala merendam kumparan tembaga dalam minyak, yang bertindak sebagai akselerator oksidasi. Menurut KERIUHAN 51 554-3 C, Kl Dan CLP cairan dan H.L., HLP, NM Oli hidrolik diuji stabilitas oksidatifnya pada suhu 95 °C. Bilangan penyabunan dinyatakan dalam mg KOH/g.
13. Ketahanan terhadap penuaan (metode UTAMA)
Stabilitas oksidatif oli turbin uap dan oli hidrolik yang mengandung aditif ditentukan sesuai dengan KERIUHAN 51 587. Metode UTAMA telah digunakan selama bertahun-tahun untuk menguji oli turbin dan cairan hidrolik berdasarkan oli mineral. Dalam bentuk modifikasi (tanpa air) keringkan UTAMA Metode ini digunakan untuk menentukan ketahanan oksidatif oli hidrolik berbasis ester.
Penuaan minyak pelumas ditandai dengan peningkatan bilangan asam ketika minyak terkena oksigen, air, baja dan tembaga selama maksimal 1000 jam pada suhu 95°C (kurva netralisasi penuaan). Kenaikan bilangan asam maksimum yang diperbolehkan adalah 2 mg KOH/g setelah 1000 jam.
14. Bilangan asam (bilangan netralisasi)
Bilangan asam oli hidrolik meningkat akibat penuaan, panas berlebih, atau oksidasi. Produk penuaan yang dihasilkan dapat menimbulkan efek agresif pada pompa dan bantalan sistem hidrolik. Oleh karena itu bilangan asamnya adalah kriteria penting menilai kondisi cairan hidrolik.
Angka asam menunjukkan jumlah zat asam atau basa dalam minyak pelumas. Asam di minyak mineral mungkin memiliki efek agresif pada material struktural sistem hidrolik. Kandungan asam yang tinggi tidak diinginkan karena dapat terjadi akibat oksidasi.
15. Sifat antioksidan pelindung terhadap logam baja/besi
Sifat antioksidan oli turbin dan hidrolik yang mengandung aditif terkait dengan baja/logam besi ditentukan sesuai dengan standar
KERIUHAN 51 585.
Cairan hidrolik sering kali mengandung air yang tersebar, terlarut, atau bebas, sehingga cairan hidrolik harus memberikan perlindungan korosi pada semua bagian yang dibasahi dalam semua kondisi pengoperasian, termasuk kontaminasi air. Metode pengujian ini menentukan kinerja aditif anti korosi dalam sejumlah kondisi pengoperasian yang berbeda.
Minyak uji dicampur dengan air suling (metode A) atau buatan air laut(metode B), diaduk terus menerus (selama 24 jam pada suhu 60 °C) dengan batang baja yang direndam dalam campuran. Setelah itu, batang baja diperiksa apakah ada korosi. Hasilnya memungkinkan kami mengevaluasi anti korosi sifat pelindung minyak sehubungan dengan komponen baja yang bersentuhan dengan air atau uap air:
Derajat korosi 0 berarti tidak ada korosi,
kelas 1 - korosi kecil;
kelas 2 - korosi sedang;
derajat 3 - korosi parah.
16. Sifat anti aus (mesin empat bola Kerang; VKA, DIN 51350)
Mesin empat bola perusahaan Kerang berfungsi untuk mengukur sifat anti aus dan tekanan ekstrim pada cairan hidrolik. Kapasitas menahan beban cairan hidrolik diuji dalam kondisi gesekan batas. Metode ini digunakan untuk menentukan nilai minyak pelumas dengan bahan aditif yang dapat menahan tekanan tinggi dalam kondisi gesekan batas antara permukaan geser. Minyak pelumas diuji dalam peralatan empat bola, yang terdiri dari satu bola berputar (tengah) dan tiga bola diam yang disusun dalam sebuah cincin. Dalam kondisi pengujian konstan dan dengan durasi tertentu, diameter bidang kontak pada tiga bola stasioner atau beban pada bola berputar, yang dapat ditingkatkan hingga pengelasan dengan tiga bola tersisa, diukur.
17. Stabilitas geser minyak pelumas yang mengandung polimer
Untuk meningkatkan karakteristik suhu viskositas, polimer dimasukkan ke dalam minyak pelumas dan digunakan sebagai aditif yang meningkatkan indeks viskositas. Saat Anda meningkat berat molekul zat-zat ini menjadi semakin sensitif terhadap tekanan mekanis, misalnya tekanan yang terjadi antara piston dan silindernya. Untuk menilai stabilitas geser minyak dalam berbagai kondisi, ada beberapa metode pengujian:
KERIUHAN 5350-6, metode empat bola, KERIUHAN 5354-3,FZG metode dan KERIUHAN 51382, metode injeksi bahan bakar diesel.
Penurunan viskositas relatif akibat geser setelah pengujian 20 jam KERIUHAN 5350-6 (Penentuan stabilitas geser minyak pelumas yang mengandung polimer yang digunakan untuk bantalan rol tirus) berlaku sesuai dengan KERIUHAN 51 524-3 (2006); Direkomendasikan pengurangan viskositas akibat geser kurang dari 15%.
18. Uji mekanis cairan hidrolik pada pompa baling-baling putar ( KERIUHAN 51 389-2)
Pengujian pada pompa Vickers dan pompa dari pabrikan lain memungkinkan penilaian kinerja cairan hidrolik secara realistis. Namun, saat ini sedang dalam pengembangan metode alternatif tes (khususnya, proyek DJGMK 514 - uji mekanis cairan hidrolik).
Metode Vickers digunakan untuk mengetahui sifat anti aus fluida hidrolik pada pompa baling-baling putar pada temperatur dan tekanan tertentu (140 atm, 250 jam, viskositas fluida kerja 13 mm 2 /s pada temperatur yang bervariasi). Di akhir pengujian, periksa cincin dan sayap dari keausan ( Vickers V-104DENGAN 10 atau Vickers V-105DENGAN 10). Nilai keausan maksimum yang diizinkan:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.
19. Sifat anti aus (pengujian pada gigi FZG berdiri; KERIUHAN 534-1i-2)
Cairan hidraulik, terutama dengan tingkat viskositas tinggi, digunakan sebagai oli hidraulik dan pelumas dalam sistem gabungan. Viskositas dinamis adalah faktor utama dalam kinerja anti aus dalam mode pelumasan hidrodinamik. Pada kecepatan geser rendah atau tekanan tinggi dalam kondisi gesekan batas, sifat anti aus fluida bergantung pada aditif yang digunakan (pembentukan lapisan reaktif). Kondisi batas ini direproduksi saat diuji FZG berdiri.
Metode ini terutama digunakan untuk menentukan karakteristik batas pelumas. Roda gigi tertentu, yang berputar dengan kecepatan tertentu, dilumasi dengan percikan atau atomisasi oli, yang suhu awalnya dicatat. Beban pada kaki gigi ditingkatkan secara bertahap dan karakteristiknya dicatat penampilan kaki gigi. Prosedur ini diulangi hingga tahap pembebanan ke-12 yang terakhir: tekanan Hertzian pada tahap pembebanan ke-10 pada pita penyatuan adalah 1,539 N/mm2; pada tahap 11 - 1,691 N/mm 2; pada tahap ke-12 - 1,841 N/mm 2. Suhu awal pada tahap 4 adalah 90 °C, kecepatan keliling 8,3 m/s, suhu batas tidak ditentukan; geometri roda gigi A digunakan.
Tahap kegagalan beban ditentukan oleh KERIUHAN 51 524-2. Untuk hasil yang positif, ini setidaknya harus berada pada level 10. Cairan hidrolik yang memenuhi persyaratan ISO VG 46, yang tidak mengandung aditif anti aus, biasanya mencapai tahap beban 6 (≈ 929 N/mm2). Cairan hidrolik yang mengandung seng biasanya mencapai setidaknya tahap beban 10-11 sebelum rusak. Disebut bebas seng ZAF cairan hidrolik dapat menahan beban tahap 12 atau lebih tinggi.
Romawi Maslov.
Berdasarkan bahan dari publikasi asing.
Ikatan antar partikel zat cair, seperti kita ketahui, lebih lemah dibandingkan ikatan antar molekul dalam zat padat. Oleh karena itu, diharapkan bahwa pada pemanasan yang sama, cairan memuai lebih besar daripada padatan. Hal ini memang dibenarkan oleh pengalaman.
Isi labu dengan leher sempit dan panjang dengan cairan berwarna (air atau lebih baik lagi minyak tanah) hingga setengah leher dan tandai ketinggian cairan dengan cincin karet. Setelah itu, turunkan labu ke dalam wadah berisi air panas. Pertama, penurunan level cairan di leher labu akan terlihat, dan kemudian levelnya akan mulai naik dan naik secara signifikan di atas level awal. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa bejana mula-mula memanas dan volumenya bertambah. Karena itu, level cairan turun. Cairan tersebut kemudian dipanaskan. Saat mengembang, tidak hanya mengisi peningkatan volume kapal, tetapi juga secara signifikan melebihi volume ini. Oleh karena itu, zat cair lebih memuai dibandingkan zat padat.
Koefisien suhu muai volumetrik zat cair jauh lebih besar daripada koefisien muai volumetrik benda padat; mereka dapat mencapai nilai 10 -3 K -1.
Suatu zat cair tidak dapat dipanaskan tanpa memanaskan wadah tempatnya berada. Oleh karena itu, kita tidak dapat mengamati pemuaian sebenarnya dari zat cair di dalam bejana, karena pemuaian bejana meremehkan pertambahan volume zat cair. Namun, koefisien muai volumetrik kaca dan padatan lainnya biasanya jauh lebih kecil daripada koefisien muai volumetrik zat cair, dan dengan pengukuran yang tidak terlalu akurat, pertambahan volume bejana dapat diabaikan.
Fitur ekspansi air
Cairan paling umum di Bumi - air - memiliki sifat khusus yang membedakannya dari cairan lain. Ketika air dipanaskan dari 0 hingga 4 °C, volumenya tidak bertambah, tetapi mengecil. Hanya dari 4 °C volume air mulai meningkat ketika dipanaskan. Oleh karena itu, pada suhu 4 °C, volume air menjadi minimal dan massa jenis air menjadi maksimum*. Gambar 9.4 menunjukkan perkiraan ketergantungan kepadatan air terhadap suhu.
* Data ini mengacu pada air segar (murni secara kimia). Air laut memiliki kepadatan tertinggi sekitar 3 °C.
Sifat khusus air ini mempunyai pengaruh yang besar terhadap sifat pertukaran panas di badan air. Ketika air mendingin, kepadatan lapisan atas pertama-tama meningkat dan tenggelam. Namun setelah udara mencapai suhu 4 °C, pendinginan lebih lanjut telah mengurangi kepadatannya, dan lapisan air dingin tetap berada di permukaan. Akibatnya, di perairan yang dalam, bahkan pada suhu udara yang sangat rendah, suhu airnya sekitar 4 °C.
Volume benda cair dan padat meningkat sebanding dengan peningkatan suhu. Sebuah anomali terdeteksi dalam air: kepadatannya maksimum pada 4 °C.
§ 9.4. Akuntansi dan penggunaan ekspansi termal benda dalam teknologi
Meskipun dimensi linier dan volume benda sedikit berubah seiring dengan perubahan suhu, perubahan ini sering kali harus diperhitungkan dalam praktiknya; pada saat yang sama, fenomena ini banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi.
Mempertimbangkan ekspansi termal benda
Perubahan ukuran padatan akibat pemuaian termal menyebabkan munculnya gaya elastis yang sangat besar jika benda lain mencegah perubahan ukuran tersebut. Misalnya, balok jembatan baja dengan luas penampang 100 cm2, jika dipanaskan dari -40 °C di musim dingin hingga +40 °C di musim panas, jika penyangga mencegah pemanjangannya, akan menimbulkan tekanan pada penyangga (ketegangan) hingga 1,6 10 8 Pa, yaitu pada tumpuan dengan gaya 1,6 10 6 N.
Nilai-nilai yang diberikan dapat diperoleh dari hukum Hooke dan rumus (9.2.1) untuk pemuaian termal suatu benda.
Menurut hukum Hooke, tekanan mekanis 
,Di mana 
- perpanjangan relatif,a E- Modulus Young. Menurut (9.2.1) 
. Mengganti nilai perpanjangan relatif ini ke dalam rumus hukum Hooke, kita memperoleh
(9.4.1)
Baja mempunyai modulus Young E= 2.1 · 10 11 Pa, koefisien suhu ekspansi linier α 1 = 9 10 -6 K -1 . Mengganti data ini ke dalam ekspresi (9.4.1), kita memperolehnya untuk Δ T = 80 °C tekanan mekanis σ = 1,6 10 8 Pa.
Karena S = 10 -2 m 2, maka gaya F = σS = 1,6 10 6 N.
Untuk menunjukkan gaya yang muncul ketika batang logam mendingin, Anda dapat melakukan percobaan berikut. Mari kita panaskan batang besi yang ujungnya berlubang untuk memasukkan batang besi tuang (Gbr. 9.5). Kemudian kami memasukkan batang ini ke dalam dudukan logam besar yang memiliki alur. Ketika didinginkan, batang berkontraksi, dan gaya elastis yang begitu besar timbul di dalamnya sehingga batang besi tuang patah.
Ekspansi termal suatu benda harus diperhitungkan ketika merancang banyak struktur. Kehati-hatian harus diberikan untuk memastikan bahwa benda dapat dengan bebas mengembang atau berkontraksi seiring perubahan suhu.
Misalnya, dilarang menarik kabel telegraf dengan erat, begitu pula kabel saluran listrik di antara penyangga. Di musim panas, kendurnya kabel terasa lebih besar dibandingkan di musim dingin.
Pipa uap logam, serta pipa pemanas air, harus dilengkapi dengan tikungan (kompensator) dalam bentuk loop (Gbr. 9.6).
Tekanan internal dapat timbul ketika benda homogen dipanaskan secara tidak merata. Misalnya, Botol kaca atau gelas yang terbuat dari kaca tebal bisa pecah jika dituangkan ke dalamnya air panas. Pertama-tama, bagian dalam bejana yang bersentuhan dengan air panas dipanaskan. Mereka mengembang dan memberi banyak tekanan pada bagian luar yang dingin. Oleh karena itu, kehancuran kapal dapat terjadi. Gelas tipis tidak pecah ketika air panas dituangkan ke dalamnya, karena bagian dalam dan luarnya memanas dengan cepat.
Kaca kuarsa memiliki koefisien ekspansi linier suhu yang sangat rendah. Kaca seperti itu dapat menahan pemanasan atau pendinginan yang tidak merata tanpa retak. Misalnya, air dingin dapat dituangkan ke dalam labu kaca kuarsa yang panas, sedangkan labu yang terbuat dari kaca biasa akan pecah selama percobaan tersebut.
Bahan berbeda yang mengalami pemanasan dan pendinginan berkala harus disatukan hanya jika dimensinya berubah seiring dengan perubahan suhu. Hal ini sangat penting terutama untuk ukuran produk yang besar. Misalnya besi dan beton memuai secara merata jika dipanaskan. Itulah sebabnya beton bertulang tersebar luas - mortar beton yang mengeras dituangkan ke dalam kisi baja - tulangan (Gbr. 9.7). Jika besi dan beton mengembang secara berbeda, maka akibat fluktuasi suhu harian dan tahunan, struktur beton bertulang akan segera runtuh.
Beberapa contoh lagi. Konduktor logam yang disolder ke dalam silinder kaca lampu listrik dan lampu radio terbuat dari bahan paduan (besi dan nikel) yang mempunyai koefisien muai yang sama dengan kaca, jika tidak kaca akan retak bila logam dipanaskan. Enamel yang digunakan untuk menutupi piring dan logam dari mana piring tersebut dibuat harus memiliki koefisien ekspansi linier yang sama. Jika tidak, enamel akan pecah saat piring yang dilapisi enamel dipanaskan dan didinginkan.
Gaya yang signifikan juga dapat dihasilkan oleh suatu zat cair jika dipanaskan dalam bejana tertutup yang tidak memungkinkan zat cair tersebut memuai. Kekuatan-kekuatan ini dapat menyebabkan rusaknya pembuluh darah yang berisi cairan. Oleh karena itu, sifat zat cair ini juga harus diperhitungkan. Misalnya, sistem pipa pemanas air panas selalu dilengkapi dengan tangki ekspansi yang terhubung ke bagian atas sistem dan terkena atmosfer. Ketika air dipanaskan dalam sistem pipa, sebagian kecil air masuk ke dalamnya tangki ekspansi, dan ini menghilangkan tekanan pada air dan pipa. Untuk alasan yang sama, transformator daya berpendingin oli memiliki tangki ekspansi oli di bagian atas. Saat suhu naik, level oli di dalam tangki meningkat, dan saat oli mendingin, levelnya menurun.
Kekuatan tarik suatu zat cair tidak diperhitungkan saat memecahkan masalah praktis. Ekspansi termal dari cairan tetesan ditandai dengan koefisien muai panas β T, menyatakan pertambahan relatif volume zat cair dengan kenaikan suhu sebesar 1 derajat, yaitu:
Di mana W - volume awal cairan; Δ W - perubahan volume ini ketika suhu meningkat sejumlah tertentu ΔT . Koefisien muai panas cairan tetesan, seperti dapat dilihat dari tabel. 5, tidak signifikan.
Tabel 5
| Koefisien muai panas air |
|||||
| Tekanan Pa∙10 4 | Pada suhu, °C |
||||
Nilai koefisien pada (10) ditemukan dari tabel dalam kisaran suhu tertentu (lihat, misalnya, Tabel 5). Kemampuan zat cair untuk mengubah massa jenis (berat jenis) dengan perubahan suhu banyak digunakan untuk menciptakan sirkulasi alami pada boiler, sistem pemanas, untuk menghilangkan produk pembakaran, dll. Tabel. Gambar 6 menunjukkan massa jenis air pada suhu yang berbeda.
Tabel 6
| Ketergantungan densitas ρ, kinematik ν dan viskositas dinamis μ air pada suhu |
|||
| Suhu, °C | ν∙10 4, m 2 /s | μ∙10 3 , Pa∙s |
|
(11)
Di mana R - tekanan mutlak; R - konstanta gas spesifik, berbeda untuk gas yang berbeda, tetapi tidak bergantung pada suhu dan tekanan [untuk udara R=287 J/(kg∙K)]; T - suhu mutlak. Perilaku gas nyata dalam kondisi yang jauh dari pencairan hanya sedikit berbeda dari perilaku gas sempurna, dan bagi mereka persamaan keadaan gas sempurna dapat digunakan dalam batas yang luas. Dalam perhitungan teknis, massa jenis gas biasanya diberikan oleh normal kondisi fisik (t=0°; р=101 325 Pa) atau ke standar kondisi (t=20°C; p=101325 Pa). Massa jenis udara pada R=287 J/ (kg∙K) pada kondisi standar menurut rumus (11) akan sama dengan ρ 0 =101325/287/(273+20)=1,2 kg/m3. Kepadatan udara dalam kondisi lain ditentukan dengan rumus:
(12)
Pada Gambar. Gambar 1 menunjukkan grafik ketergantungan kepadatan udara terhadap suhu pada tekanan berbeda yang ditentukan oleh rumus ini.
Beras. 1 Ketergantungan kepadatan udara pada tekanan dan suhu barometrik
Untuk proses isotermal (T=const) dari rumus (12) kita mempunyai:
(13)
(14)
Di mana k=с hal /с ν - konstanta gas adiabatik; c p adalah kapasitas panas gas pada tekanan konstan; Dengan ν - sama, pada volume konstan. Kompresibilitas gas bergantung pada sifat proses perubahan keadaan. Untuk proses isotermal:
(15)
Untuk proses adiabatik:
Dari persamaan (15) dapat disimpulkan bahwa kompresibilitas isotermal untuk udara atmosfer adalah ~9,8∙10 4 Pa (sekitar 1 at), yang kira-kira 20 ribu kali kompresibilitas air. Karena volume gas sangat bergantung pada suhu dan tekanan, kesimpulan yang diperoleh dari studi tentang tetesan cairan dapat diperluas ke gas hanya jika, dalam batas fenomena yang sedang dipertimbangkan, perubahan tekanan dan suhu tidak signifikan. Perbedaan tekanan yang signifikan menyebabkan perubahan drastis kepadatan gas dapat terjadi ketika mereka bergerak dengan kecepatan tinggi. Hubungan antara kecepatan pergerakan fluida dan kecepatan suara di dalamnya memungkinkan seseorang untuk menilai perlunya memperhitungkan kompresibilitas dalam setiap kasus tertentu. Dalam prakteknya, gas dapat diasumsikan tidak dapat dimampatkan pada kecepatan tidak melebihi 100 m/s. Viskositas cairan. Viskositas adalah sifat zat cair untuk menahan geser. Semua cairan nyata memiliki viskositas tertentu, yang memanifestasikan dirinya dalam bentuk gesekan internal selama pergerakan relatif partikel-partikel cairan yang berdekatan. Selain cairan yang mudah bergerak (misalnya air, udara), terdapat cairan yang sangat kental yang ketahanan gesernya sangat signifikan (gliserin, minyak berat, dll.). Jadi, viskositas mencirikan derajat fluiditas suatu cairan atau mobilitas partikelnya. Biarkan cairan mengalir sepanjang dinding datar dalam lapisan yang sejajar dengannya (Gbr. 2), seperti yang diamati pada gerak laminar. Akibat pengaruh pengereman dinding, lapisan-lapisan zat cair akan bergerak dengan kecepatan yang berbeda-beda, yang nilainya meningkat seiring dengan menjauhnya lapisan-lapisan tersebut dari dinding.
Beras. 2 Distribusi kecepatan ketika fluida mengalir sepanjang dinding padat
Misalkan ada dua lapisan zat cair yang bergerak pada jarak tertentu kamu dari satu orang ke orang lainnya. Lapisan A bergerak dengan kecepatan kamu , sebuah lapisan DI DALAM - dengan kecepatan kamu + kamu . Karena adanya perbedaan kecepatan per satuan waktu, maka lapisan tersebut DI DALAM bergeser relatif terhadap lapisan A dengan jumlah tertentu Δ kamu . Besarnya Δ kamu adalah pergeseran mutlak lapisan A ke lapisan B, dan Δ kamu /Δ kamu ada gradien kecepatan (pergeseran relatif). Tegangan tangensial (gaya gesekan per satuan luas) yang muncul selama gerakan ini dilambangkan dengan . Lalu, serupa dengan fenomena shift in padatan kita mendapatkan hubungan berikut antara stres dan ketegangan:
(17)
Atau, jika lapisan-lapisan tersebut sangat berdekatan satu sama lain,
(18)
Besarnya µ , mirip dengan koefisien geser pada benda padat dan mencirikan ketahanan geser zat cair, disebut dinamis atau mutlak viskositas. Keberadaan relasi (18) pertama kali ditunjukkan oleh Newton, oleh karena itu disebut hukum gesekan Newton. Dalam sistem satuan internasional, viskositas dinamis dinyatakan dalam H∙s/m2 atau Pa∙c. DI DALAM sistem teknis satuan, viskositas dinamis berdimensi kgf∙s∙m -2. Dalam sistem CGS, satuan viskositas dinamis dianggap poise (P) untuk mengenang dokter Perancis Poiseuille, yang mempelajari hukum pergerakan darah di pembuluh darah tubuh manusia, sama dengan 1 g∙cm -1 ∙ s -1 ; 1 Pa∙s=0,102 kgf∙s/m 2 =10 P. Viskositas cairan dalam derajat yang kuat tergantung pada suhu; Dalam hal ini, viskositas tetesan cairan menurun dengan meningkatnya suhu, dan viskositas gas meningkat. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa sifat viskositas tetesan cairan dan gas berbeda. Dalam gas kecepatan rata-rata(intensitas) pergerakan termal molekul meningkat dengan meningkatnya suhu, oleh karena itu viskositas meningkat. Dalam cairan tetesan, molekul tidak dapat bergerak, seperti dalam gas, ke segala arah; mereka hanya dapat berosilasi di sekitar posisi rata-ratanya. Dengan meningkatnya suhu, kecepatan rata-rata gerakan osilasi molekul meningkat, sehingga ikatan yang mengikatnya lebih mudah diatasi, dan cairan memperoleh mobilitas yang lebih besar (viskositasnya menurun). Ya, untuk bersih air tawar Ketergantungan viskositas dinamis pada suhu ditentukan oleh rumus Poiseuille:
(19)
Di mana µ - viskositas absolut (dinamis) cairan dalam P; T - suhu dalam °C. Dengan peningkatan suhu dari 0 hingga 100 °C, viskositas air berkurang hampir 7 kali lipat (lihat Tabel 6). Pada suhu 20°C, viskositas dinamis air adalah 0,001 Pa∙s=0,01 P. Air termasuk dalam cairan yang paling kental. Hanya sedikit cairan yang digunakan secara praktis (misalnya, eter dan alkohol) yang memiliki viskositas sedikit lebih rendah daripada air. Karbon dioksida cair memiliki viskositas paling rendah (50 kali lebih kecil dari viskositas air). Semua minyak cair memiliki viskositas yang jauh lebih tinggi daripada air (minyak jarak pada suhu 20°C memiliki viskositas 1000 kali lebih besar daripada air pada suhu yang sama). meja B 1.7 menunjukkan nilai viskositas beberapa cairan.
Tabel 7
| Viskositas kinematik dan dinamis cairan tetesan (pada t=20° C) |
||
| Cairan | ν∙10 4, m 2 /s |
|
| Air tawar | ||
| Gliserin anhidrat | ||
| Minyak Tanah (pada suhu 15°C) | ||
| Bensin (pada suhu 15°C) | ||
| Minyak jarak | ||
| Minyak mineral | ||
| Minyak pada suhu 15°C | ||
| Etil alkohol anhidrat | ||
Hasilnya pada t=15° C =1,82∙10 -6 kgf∙s/m 2 (~1,82∙10 -5 Pa∙s). Viskositas dinamis gas-gas lain kira-kira sama besarnya. Seiring dengan konsep viskositas absolut atau dinamis, konsep tersebut juga digunakan dalam hidrolika viskositas kinematik; yang merupakan rasio viskositas absolut terhadap kepadatan cairan:
(21)
Viskositas ini disebut kinematis, karena dimensinya tidak mengandung satuan gaya. Bahkan, mengganti dimensi µ Dan ρ , kita mendapatkan [ ay]=[L 2 /T]. Dalam sistem satuan internasional, viskositas kinematik diukur dalam m 2 /s; satuan pengukuran viskositas kinematik dalam sistem CGS adalah stokes (untuk menghormati fisikawan Inggris Stokes): 1 Stoke = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Bagian keseratus Stokes disebut centistokes (cSt): 1 m 2 /s = 1∙10 4 St = 1∙10 6 cSt. Di meja Gambar 7 menunjukkan nilai numerik viskositas kinematik cairan tetesan; Gambar. 3 - ketergantungan viskositas kinematik air dan minyak industri pada suhu. Untuk perhitungan awal, nilai viskositas kinematik air ay dapat diambil sama dengan 0,01 cm 2 / s = 1,10 –6 m 2 / s, yang setara dengan suhu 20 ° C.
Beras. 3 Ketergantungan viskositas kinematik air dan minyak pada suhu
Viskositas kinematik cairan tetesan pada tekanan yang ditemui dalam banyak kasus dalam praktik (hingga 200 atm) sangat sedikit bergantung pada tekanan, dan perubahan ini diabaikan dalam perhitungan hidrolik konvensional. Viskositas kinematik gas bergantung pada suhu dan tekanan, meningkat dengan meningkatnya suhu dan menurun dengan meningkatnya tekanan (Tabel 8). Viskositas kinematik udara untuk kondisi normal(suhu 20° C, tekanan ~1 di) ay= µ/ ρ =1,57∙10 -5 m 2 /s, mis. kira-kira 15 kali lebih banyak dibandingkan air pada suhu yang sama. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa penyebut ekspresi viskositas kinematik (21) mencakup kepadatan, yang untuk gas jauh lebih kecil daripada cairan tetesan. Untuk menghitung viskositas kinematik udara pada suhu dan tekanan yang berbeda, Anda dapat menggunakan grafik (Gbr. 4).
Tabel 1.8
| Nilai kinematik ν dan konstanta gas spesifik K untuk beberapa gas |
|||||
| ν∙10 4, m 2 /s pada suhu dalam °C | R, J/(kg∙K) |
||||
| hukum federal Federasi Rusia: “Tentang Pendidikan” (tanggal 10 Juli 1992 No. 3266-1) dan “Tentang Pendidikan Profesi Tinggi dan Pascasarjana” (tanggal 22 Agustus 1996 No. 125-FZ); Program pendidikan dasar pendidikan profesi tinggi Bidang pelatihan 270800 Konstruksi (1)Program pendidikan utama1.1. Tujuan (misi) dari program pendidikan adalah untuk mempersiapkan tenaga profesional yang kompetitif yang siap bekerja di bidang yang berkaitan dengan dukungan konstruksi, serta mampu meningkatkan diri profesional dan pengembangan kreatif lebih lanjut. | |||||