Kimya Teknolojileri Dergisi Haziran 2006 tarihinde yayınlanan makale içeriğidir.

VİSKOZİTE ÖLÇÜMÜNDE DEVRİM :

TUNİNG FORK PRENSİBİ İLE ÖLÇÜM , VİBRO VİSKOZİMETRE

GİRİŞ

Her hangi bir maddenin yapısını değerlendirmekte o sıvının veya gazın akışkanlığını viskozite yardımı ile ölçmek en verimli yoldur.Örnek verecek olursak bir sıvının viskozitesi bir boru hattının dizaynında yada madeni yağ,kimyasal madde gibi sıvıların boru hatları vasıtasıyla bir noktadan başka bir noktaya taşınmasında önemli bir parametredir.Viskozite ölçümünün özellikle petro kimya sanayii dışında ayrıca gıda,basım (mürekkep), eczacılık, kozmetik gibi geniş bir alana yayılmış endüstrilerin üretim prosesi sırasındaki kalite kontrolünde olduğu gibi aynı zamanda kalite ve performansın geliştirilmesi maksatlı araştırma-geliştirme (Ar-Ge) faliyetlerinde de önemi çok büyüktür.

Son zamanlarda elektronik alanında yapılan bir araştırmada fark edilen bir husus LCD ekranların (Bilgisayar ekranı yada televizyon) imalinde kullanılan photoresist sıvıların viskozitesinin kontrolünün katod ışın tüplerinin ve LCD ekranların son mamül olarak üretiminde kalite ve performansa birebir etkisi saptanmıştır.

Aynı zamanda bu tarz endüstrilerde optimum viskozite gereksiniminin sağlanması üretim maliyetlerini dramatik olarak düşürmüştür.

Viskozite ölçümü konusunda kullanılan belli başlı metodları şöyle özetlemek mümkündür :

1-) Rotasyonel Viskozimetre : Viskozite akışkanın içerisine daldırılmış olan silindirik yapıdaki rotoru döndürmek için kullanılan torkdan yararlanılarak tespit edilir.

2-) Kapiler Viskozimetre :Viskozite akışkanın bir kapiler içinde akmasını sağlamak yoluyla bulunur.Ölçüm kapilerin her iki ucundaki basınç farklılığı ile veya süre ile tespit edilir.

3-) Falling-ball Viskozimetre :Silindirik yada küre şeklindeki standart bir cismin belirli bir mesafeden akışkan içinde serbest düşüşünü sağlayarak viskozite ölçülür.Bu sırada düşüşün süresi ölçülür.

4-) Kap tipi Viskozimetreler : Dibinde bir delik bulunan (Orifis) bir kaba doldurulan akışkanın , kabı boşaltması için gerekli sürenin tespiti ile belirlenir.

Viskozite kavramı bu kadar önemli bir parametre iken son 50-60 yıldan beri viskozite ölçümü konusunda kullanılan prensiplere herhang ibir yenilik getirilmemişken bu durum 2003 yılında değişmiştir.

1996 yılında Japonyada faliyet gösteren Onada Çimento şirketinin özellikle çimento solüsyonlarındaki viskozite ölçümlerinde kullanılan konvansiyonel viskozite ölçüm ekipmanlarının büyük sıkıntılar yaşatması üzerine gene bir Japon firması olan AND Company Ltd. tarafından geliştirilen “Tuning Fork” prensibi firmanın bu problemini çözmüş ve üretim maliyetlerini dramatik bir biçimde düşürmüştür.

Başlangıçta çimento solüsyonları gibi non-newtonian akışkanlar için geliştirilen ve oldukça başarılı olan Tuning Fork prensibi AND Company Ltd.’nin bu ürün için başkaca satış kanalları aramasına sebep olmuştur.

Yapılan pazar araştırmalarında viskozite ölçümleri konusunda kullanılan prensip ve ekipmanlarında son 50-60 yıldan beri hemen hemen hiçbir yeniliğin yapılmamış olması firma yetkililerini oldukça şaşırtmıştır.Üstelik çok pahallı rheolojik araçlar ile yapılabilen ölçümlemelerin basit bir prensibe dayalı ve makul fiyatlı bir ürünle yapılabilmesi bu ürünün 2003 yılında geniş bir kullanım alanına sahip ticari bir ürün halinde pazara sunulmasına sebep olmuştur:

SINE-WAVE VIBRO VİSKOZİMETRE

ÖLÇÜM PRENSİBİ

Yandaki şekilde görüldüğü gibi numune içerisine iki adet ince sensör plakası daldırılmaktadır.Yaylı plakalar belirli bir frekansda titeştirildiğinde (vibrasyon) plakalar ile numunenin viskozitesine bağlı olarak bir sürtünme kuvveti oluşur.Vibro viskozimetre vibrasyon halindeki sensör plakalarının belirli ve sabit bir frekansda hareket etmesi için gerekli elektrik miktarını kontrol etmektedir.

Numunenin sürtünme kuvveti doğrudan numunenin viskozitesi ile oransal olduğundan sensör plakalarını sabit bir frekansda hareket ettirmek için gerekli olan elektriksel güç miktarı da her numunenin viskozitesi ile oransaldır.

Vibro viskozimetre sensör plakalarının sabit bir frekansda titreştirilmesi için gerekli olan elektriksel güç miktarını ölçerek viskozite ile elektriksel güç arasındaki pozitif korelasyonu kullanarak ölçüm yapmaktadır.

30 Hz’lik bir frekansda titreştirilen sensör plakalarının yardımı ile dinamik bir ölçüm aralığında ve yüksek doğrulukda/tekrarlanabilirlikde sürekli ölçüm yapmak mümkündür.Bu dinamik aralık akışkanların proses sırasında thixotropy durumunda viskozite değişimlerinin örneğin kolloidal solüsyondan jel formuna dönüşmesinin takibini mümkün kıldığı gibi,konvansiyonel rotasyonel viskozimetreler ile sürekli ölçümün mümkün olmadığı reçine,yapıştırıcı,yada boyaların proseslerini takip etmek mümkündür.

SİSTEM AVANTAJLARI

1. Rezonansın dedektör tarafından tespiti özellikle düşük viskozitelerin belirlenmesinde yüksek doğruluk ve tekrarlanabilirliği sağlamaktadır.Bu durum ayrıca geniş ve dinamik bir ölçüm aralığı da sağlamaktadır.Konvansiyonel tip rotasyonel viskozimetrelerde bu geniş öçüm aralığına ulaşmak için bir çok spindıl ve rotasyon hızı konfigürasyonu gerekmektedir.

2. Sensör plakalarının hareketleri ters yönlerde olduğundan içsel ve dışsal kuvvetler birbirleri tarafından oransal olarak sıfırlanır.Bu durumda hareket üreten elektriksel güç yalnızca viskozitenin büyüklüğü ile etkilenir ki bu durumda viskozite parametresi tek başına sistemden ayrılabilmektedir.

3. Sensör plakalarının içsel ve dışsal kuvvetler tarafından etkilenmemesi sebebiyle numunenin viskozitesindeki anlık değişimleri süratli bir biçimde izlemek mümkündür.

Sensör plakalarının küçük ve yüzey alanlarının az olması ile birlikte 30 Hz’lik bir frekansın kullanılması (kHz frekansına göre) ayrıca şu özellikler sağlamaktadır :

1. Viskozite değişimleri simultane olarak görüntülenir.Böylelikle akışkanın karakterine bağlı viskozitedeki değişiklikler takip edilebildiği gibi sıcaklık değişimlerindeki viskozite değişimlerini gözlemlemek ve korelasyonu tespit etme imkanı vardır.

2. Tuning-Fork teknolojisi ölçüm doğruluğu ve tekrarlanabilirliğinde ±1 % gibi mükemmel bir doğruluk ve tekrarlanabilirlik sağlamaktadır.

3. Sensör plakalarının değişimi gerekmemektedir.Böylelikle geniş ve dinamik bir ölçüm aralığına ulaşılır.Rotasyonel viskozimetrelerde daha önce de belirttiğimiz gibi bu aralığa ulaşabilmek için bir çok spindıl ve rotasyon hızı konfigürasyonu gerekmektedir.Ölçüm sürekliliği bu yüzden rotasyonel viskozimetrelerde mümkün değildir.Zira viskozite değişimlerinde spindılın değişmesi ve rotasyon hızının yeniden ayarlanması gerekmektedir.

4. Sensör plakalarının küçük , yüzey alanlarının az ve termal kapasitelerinin düşük olması sebebiyle numune ile aralarında olan termal denegelenme çok kısa sürede gerçekleşir.Rotasyonel viskozimetrelerde ise rotorun yüzey alanı ve termal kapasitesinin büyük olmasından dolayı sistem sıcaklığının dengeye gelmesi için en az 1 saat (bazı durumlarda gerekli opsiyonel aksesuarlar satın alınmadıysa 2 veya 4 saat) beklenmesi gerekmektedir.

5. İnce sensör plakarı numune yapsında deformasyon oluşmasını engellemektedir.Bu durumda viskozite değişimlerini kararlı bir biçimde ölçme imkanı vardır.Non-Newtonian akışkanlarda dahi rezonans sebebiyle yüksek tekrarlanabilirlik sağlanabilmektedir.

6. İçerisinde hava kabarcıkları bulunan bir jel numune dahi kararlı bir durumda ölçülebilinir.30 Hz’lik frekansda titreşen sensör plakaları hassas hava kabarcıklarının patlamasını önler.Ayrıca büyük hava kabarcıklarının numune içine dağılması önlenir.

7. Her iki sensör plakasının etkileşimi karışan yada akan bir numunede viskozite ölçülmesini mümkün kılar.Rotasyonel viskozimetrelerde karışan veya akan bir numunede ölçüm yapma imkanı rotorun dönüşü sebebiyle mümkün değildir.

8. Akan numunelerde ölçüm yapmak mümkün olduğu için üretim hattına bir bypass kurarak üretim sırasındaki viskozite değişimlerini gözlemlemek mümkündür.Üretim hattı ile Laboratuvar koşullarındaki ölçümler böylelikle benzer olacaktır.

-------------------------------------------------------------------------------------

Sine-Wave Vibro Viskozimetreler SV-10 / SV-100

• Yüksek Ölçüm Hassasiyeti

Tuning-fork titreşim metodu, Sine-wave Vibro Viscometer SV-10/SV-100 ile vibrasyon ölçümü için yapılan okumalarda %1 gibi mükemmel bir tekrarlanabilirlik oranı sunar..

• Seçilebilir Geniş Ölçüm Aralığı

Düşük viskosite’den yüksek viskosite’ye her türlü numune, sensor levhaları değiştirilmeden ölçülebilir, böylece çok çeşitli ölçümler sürekli olarak gerçekleştirilebilir.

SV-10: 0.3 – 10,000 mPa·s ( cP)

SV-100: 1000– 100,000 mPa·s ( cP)

• Gerçek Zamanlı Ölçüm

Cihazın sensor levhası ince ve küçük boyutludur; bu sayede örnek sıvı sıcaklık değişikliklerinden daha az etkilenir ve bunun sonucunda viskosite ölçümü örnek sıvının viskositesindeki değişimi takip eder

• Sıcaklık Ölçümü

Sıvının sıcaklığını doğru bir şekilde ölçmek çok önemlidir, çünkü viskosite genel olarak sıvının sıcaklığına bağlıdır. SV serisi kesin sıcaklığı hemen tespit edebilir, çünkü küçük yüzey alanı/termal kapasitesi olan sıvı ve tespit birimi (sensor levhaları) sadece birkaç saniyede termal dengeye ulaşmaktadırlar.

• Sürekli Ölçüm

SV serisi, Tuning-fork Titreşim Metodu örnek sıvıya zarar vermez ve sensor levhalarını değiştirmeye gerek olmadan geniş aralıklarda ölçüm yapabilme özelliği sayesinde numunelerin yüzey aktif etkenleri gibi bulutlanma noktası ölçümlerine ve ıslanılabilirlik gibi yüzey/arabirim değişikliklerinin ölçümlerine olanak tanır

• Viskosite Kalibrasyonu

Viskosite Standardı ile viskosite kalibrasyonu kolayca yapılır. Kalibrasyon modunda 1 nokta kalibrasyon ya da 2 nokta kalibrasyon seçilebilir.

• Non-Newtonian Numune Viskosite Ölçümü

İnce sensor levhaları ile numune doku ancak az bir şekilde deforme olur ve bu sayede kararlı viskosite değerlerinin ölçülebilmesini sağlar.

• Köpüklenen Numune Ölçümü

30 Hz’lik düşük sürüş frekansı köpüklenen numunelerin anlık köpüklerini bozmadan ölçülebilmesini sağlar.

• Akan Numune Ölçümü

Çalkantılı bir akış içindeki sıvıların bile akışkanlığıı ölçülebilir ve bu sayede laboratuarlarda kullanılan benzer veriyle alan yönetimi mümkün hale gelir.

• Modüler yapı

SV serisi mükemmel yerleşim esnekliği sunan Görüntü Birimi ve Ara Birimden oluşmaktadır.

• Vakum Floransans Göstergesi

Okunması kolay, geniş ve berrak gösterge sayesinde okuma hataları tarihe karışıyor: Viskosite ölçümü 13 mm yükseklik ve sıcaklık ölçümü için 11 mm yükseklik !

• Küçük Numune Boyutu

Standart numune kabı için 35 ml numune sıvı yeterlidir, böylece fazladan sıvı harcamanıza gerek olmaz.

• Kolay Temizleme

Basit yapısı sayesinde SUS 304 paslanmaz çelik levhalar,sıcaklık sensörü (tamamen altın kaplı) ve SUS 304 paslanmaz çelik koruyucu kolayca ve hızlı bir şekilde temizlenebilir.

• Sol ve Jel Ölçümü

Nişasta gibi Sol ve jel numunesi, malzeme özelliği değişimi sırasında ölçülebilir.

• Standart RS-232C Arabirimi

RS-232C, PC ya da yazıcınıza uygun bir şekilde bağlanabilir ve bağlantı kablosu da (25 pin- 9 pin) ayrıca standart bir aksesuar olarak sunulmaktadır.

• Veri Toplama ve Grafikleme Yazılımı

WinCT-Viscosity (RsVisco), ölçülen viskosite ,sıcaklık verilerini PC’ye gönderebileceğiniz ve analiz edebilmeniz için değişiklikleri eş zamanlı olarak grafiklerle sergilemeye yarayan bir yazılımdır.

Sıcaklık - Zaman - Viskozite raporlaması için grafik ekranlı ve CSV formatında Excel dosyasına veri transfe kabiliyetli bedelsiz bilgisayar yazılımı WinCT-Viscosity