VİSKOZİTE NEDİR

sivi+surtunme

Şekil-1

Genel olarak viskozite, herhangi bir akışkanın harekete karşı gösterdiği direnç veya başka bir deyimle, akma sırasında sıvı tabakalar arasındaki iç sürtünmeyi ifade eden bir özelliktir. Newton kanununa göre hareket halindeki sıvı tabakalar arasında oluşan kayma gerilmeleri (Şekil-1 b), U = v ile

τ = η x dv / dn

şeklinde gösterilebilir. Burada n viskozite katsayısı veya basit olarak viskozite; dv / dn = Γ hız gradyanı veya kayma oranıdır. Yukarıdaki denklemde de görüldüğü gibi, r ile Γ arasında doğrusal bir bağıntı vardır. Bu kanuna uyan akışkanlara Newtoniyen akışkanlar denir. Bazı akışkanlarda τ, Γ ile orantılı değildir. Bu tür akışkanlara Newtoniyen olmayan akışkanlar adı verilir. Su, madensel yağlar gibi basit akışkanlar Newtorıiyendir. Bunların kayma oranları nispeten azdır. Gresler, Bingham adını taşıyan non – Newtoniyen akışkanlar grubuna girerler. Bu akışkanlar kayma gerilmeleri belirli bir τ0 değerini aştığı takdirde kaymaya başlarlar ve kayma gerilmeleri

τ = τ0 + ηp dv / dn ; (τ  >  τ0)

şeklinde ifade edilir. Viskozitenin boyutlan üç şekilde ifade edilir.

a. τ = η x dv / dn bağıntısına göre ifade edilen viskoziteye, dinamik viskozite denir. Dinamik viskozite, Pasl (Pascal-saniye), Poise (p) veya bunun yüzde biri alan Centipoise (1cP = 0,01P) ile ölçülür. Şöyle ki

1Pas = 1 Ns/rn” = 10P = 103cP = 145 µ reyn

dir. İngiliz – Amerikan sisteminde dinamik viskozitenin boyutu lbs/in2 dir.

1 Ibs/in2= 1 reyn = 106 µureyn (rnikroreyn)

olarak isimlendirilir.

b. Diğer bir viskozite tarifi de kinematik viskozite şeklinde olup

v = η / p = µ x g / Ƴ

olarak ifade edilir. Burada n dinamik viskozite, p yağın yoğunluğu, g yerçekimi ivmesi ve  Ƴ özgül ağırlığıdır. Kinematik viskozite, Stakes (St) veya’ Centistökes (1cSt = o.oo1St) ile ölçülür. İngiliz – Amerikan sisteminde kinematik viskozitenin boyutu ft2/s dır; şöyle ki,

1St = 1cm2 / s = 10-4 m2/s = (1 / 929) ft2/S

şeklinde ifade edilir.

c. Yağlama tekniğinde, kinematik viskozite izafi bir şekilde (örneğin, belirli hacimdeki sıvının kılcal bir delikten akma zamanı gibi) ifade edilir. Bu hususta Amerika’ da Saybolt Universal saniyesi (SUS), İngiltere’ de Redwocd – saniyesi (R”) ve Almanya’ da Engler derecesi (E) gibi izafi birimler kullanılır. Bu birimler arasında kesin bir bağıntı olmamakla beraber yaklaşık ampirik bağıntılar vardır. Viskozitenin önemli bir özelliği, sıcaklığın ve daha az alarak basıncın etkisi altında değişmesidir

1. Viskozite-sıcaklık bağıntısı. Genellikle sıvılarda viskozite, sıcaklığın artmasıyla azalmakta, gazlarda ise hafif bir yükselme göstermektedir. Önemli olan husus sıvı yağların viskozitelerinin 30 ˚C ile 70 ˚C arasında büyük bir değişim göstermesidir (Şekil-2 a). Bu sıcaklık aralığı genellikle makinaların sıcaklık bakımından normal çalışma bölgesi olmaktadır. Sıvı yağlarda, viskozitenin sıcaklıkla değişimini veren tam analitik bir bağıntı yoktur. Bu sebepten pratikte çeşitli ampirik bağıntıların mukayesesi yoluyla elde edilen ve Walther ismiyle tanınan

log log(Ƴ+ 0,6) = m log(T  + 460) + b

denklemi kullanılmaktadır. Burada T sıcaklık ve m, b yağlayıcı maddeye bağlı sabit değerlerdir. Bu denkleme dayanarak Şekil-2’de bazı yağların viskozite – sıcaklık diyagramı verilmiştir. Viskozitenin sıcaklıkla, bilhassa makinaların normal çalışma bölgesinde, değişmesi sakıncalıdır. Örnek olarak, herhangi bir sistemin çalışmaya başladığı anda, özellikle alçak sıcaklıklarda, sıcaklık düşük olduğundan yağın viskozitesi yüksektir. Çalışma sırasında sistemin sıcaklığı yükselir ve bu yüzden yağın viskozitesi azalır; şöyle ki, yağ seçiminde viskozite esas alındığından yağın hangi viskoziteye göre seçilmesi sorunu ortaya çıkar. Viskozite, normal çalışma sıcaklığına göre seçilirse, sistemin ilk hareketinde yağlama güçleşir; sistemin harekete geçmesi sırasındaki sıcaklığa göre seçilirse, çalışma halinde yağlama yetersiz olur. Bu yüzden pratikte önemli olan yalnız belirli bir sıcaklıktaki viskozite değeri değil, aynı zamanda viskozitenin sıcaklığa ne şekilde değiştiğidir. Bu bakımdan viskozitenin sıcaklıkla mümkün olduğu kadar az değişmesi istenir.

Yukarıdaki açıklamadan anlaşıldığı gibi bir yağın sadece viskozitesinin verilmesi yeterli değildir; o viskozitesinin hangi sıcaklığa ait olduğunu belirtmesi gerekir. Pratikte verilen viskozite değerleri genellikle 20 °C veya 50 °C için geçerlidir; ancak birçok durumlarda her iki sıcaklığa ait viskozite belirtilir.

Viskozitenin sıcaklıkla değişimini gösteren birçok izafi yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan pratikte en çok kullanılan Dean – Davis viskozite indeksi (VI) dir. Bu yönteme göre, sıcaklıkla viskozitesi en az değişme gösteren yağın viskozite indeksi 100 (VI=100); sıcaklıkla viskozitesi büyük değişme gösteren yağın viskozite indeksi 0 (VI=0) alınmıştır. Buna göre 100 °F (37,8 °C) ve 210 °F (98,9 °C) standart sıcaklıklar arasında herhangi bir yağın viskozite indeksi;

VI = [(Ƴo – Ƴx) / (Ƴo – Ƴ100)] x 100

şeklinde ifade edilir. Burada: Ƴo viskozite indeksi sıfır (VI, 0) olan yağın 100 °F (37,8 °C) deki kinematik viskozitesi, Ƴ100 viskozite indeksi 100 (VI = 100) olan yağın 100 °F (37,8 °C) deki kinematik viskozitesi, Ƴx viskozite indeksi bilinmeyen yağın 100 °F ( 37,8 °C) deki kinematik viskozitesidir.

Birçok mahzurlara rağmen Dean – Davis yöntemi iki üstünlüğe sahiptir. Birincisi, viskozite indeksinin basit olarak bir rakamla gösterilmesi, ikincisi ise yağın kimyasal yapısı hakkında fikir vermesidir. Öreğin, viskozite indeksi 100 e yakın olan yağlar (yüksek viskozite indeksli – YVI) daha çok parafinik; O civarında bulunan yağlar (alçak viskozite indeksi i – AVI) naftenik yağlardır.

viskozite+sicaklik+iliskisi

Şekil-2

2. Viskozite-basınç bağlantısı. Genellikle sıvıların ve gazların viskoziteleri basınçla artmaktadır. Basıncın viskozite üzerindeki etkisi, yalar için ancak çok yüksek basınçlarda (500 daN/cm2 üstünde) önemli olmaktadır. Bu sebepten kaymalı yataklar gibi sistemlerde basıncın viskozite üzerindeki etkisi ihmal edilir. Ancak yüksek basınçlarda, Hertz yüzey basınçlarının oluştuğu dişli çarklar ve rulmanlar gibi sistemlerin yağlanmasında, bu hususun göz önünde tutulması gerekir.