Metode til dimensionering af pumper til transport af højviskøse væsker, fx polymerer i rør

Problem

Pumpning af væsker med høje viskositeter, så som smeltede polymerer, kræver speciel opmærksomhed i forbindelse med dimensionering af rør og pumpeudstyr pga. det fornødne høje tryktab.

Væsker med høje viskositeter har ofte forskellige viskositeter ved forskellige flowhastigheder, dvs. de er ikke-newtonske væsker, og ydermere er viskositeten ofte meget temperaturafhængig. Ikke-newtonske væsker vil typisk have en viskositetsafhængig forskydningshastighed, hvor viskositeten falder, når flowhastigheden stiger. Væskeflowet i et rør vil normalt have en parabolsk hastighedsprofil.

Venstre figur: Typisk viskositetsprofil for en polymersmelte
Højre figur: Hastighedsprofil af en væske i et rør

Dette betyder, at viskositeten af væsken i røret er forskellig ved forskellige radial positioner. I midten af røret har væsken den højeste viskositet. Og ved væggen er viskositeten lavest. Konsekvensen er, at tryktabet i røret ikke kan beregnes ved brug af en simpel Hagen-Poiseuille ligning, eftersom denne forudsætter, at trykfaldet i et rør er proportionalt med en konstant viskositet.

Løsning

Teknologisk Institut/Plast og Emballage har med succes kunnet forudsige tryktabet af højviskøse væsker ved forskellige temperaturer og flowhastigheder. Dette udføres ved at kortlægge viskositeten af væskerne i et rheometer, et instrument som måler viskositeten ved forskellige flowhastigheder, og så tilpasse dataene til en model. De tilpassede data fra modellen kan bruges til at forudsige tryktabet i rør ved forskellige diametre og flow.