Opakování Napětí. Opakování Základní pojmy silového působení. Opakování Vztah napětí a deformace. Opakování Vztah napětí a deformace

Transkript

1 Tektiny ve farmacetickém průmysl Tektiny Charakteristika, prodění tektin» Kapaliny» rozpoštědla» kapalné API, lékové formy» disperze» Plyny» Vzdchotechnika» Sšení» Flidní operace Opakování Základní pojmy silového působení» Pro účinek silového působení je rozhodjící veličino působící síla, vztažená na jednotk plochy, na ktero působí» tzv. mechanické napětí df F ds S» Jednotko napětí je Pascal [Pa]=Nm - Opakování Napětí» Odezva látek může být komplikovaná» Vždy je rozdílná nejméně v tečném a normálovém směr» Proto má význam rozkládat napětí alespoň na normálové a tečné df n n ds t df t ds Opakování Vztah napětí a deformace Opakování Vztah napětí a deformace» Průběh namáhání látek se obvykle zobrazje jako závislost napětí na deformaci. Má následjící oblasti a meze:» úměrnosti... zde platí Hookův zákon» elasticity... návrat do původního tvar» plasticity... zůstává trvalá deformace» klz... velká změna chování» pevnosti... poršení materiál elastická oblast plastická oblast oblast tečení mez pevnosti oblast proporcionality zde platí Hookův zákon, např. míra deformace

2 Opakování Hookův zákon» Pro velmi malé platí vztahy typ: E G p K dv V Veličiny E, G a K jso tzv. modly, vyjadřjí odpor k deformaci a pevných látek mají značně velké hodnoty ~0 0 Pa. Mechanika tektin» Tektiny je společný název pro kapaliny a plyny.» Mají společný velmi nízký modl ve smyk. Díky tom snadno mění tvar. Kromě toho se lehce rozděljí.» Na rozdíl od plynů jso kapaliny téměř nestlačitelné.» Podle modlů» kapaliny... K velké, G malé» plyny... K malé, G malé Ideální kapalina» Ideální kapalina má» K nekonečné» G nlové» Čili ideální kapalina je nestlačitelná, ale neexistjí v ní smyková napětí ani deformace. Zachování hmoty Rovnice kontinity» Vteřinový objemový průtok Q kapaliny rčito prodovo trbicí se zachovává.» Je-li nestlačitelných kapalin v jednom jejím místě průřez S a v drhém S, platí : S v = Q = Q = S v» U stlačitelných tektin je konstantní průtok hmotnostní a platí : S v = S v Zachování energie Bernolliho rovnice P z g konst» Rozměr J.m -3» rychlost prodění» z výška» P tlak Reálná kapalina - viskozita» Dynamická viskozita, η [Pa.s] y» τ tečné napětí» platí pro Newtonovské tektiny pohyblivý povrch tektina y τ stacionární povrch y

3 Typy viskozity» (éta) je dynamická viskozita» [] = kg.m -.s - = N.m -.s = Pa.s» Starší jednotka Poise P=g.cm -.s - =0, Pa.s» Často se požívá viskozita vztažená na hstot, tzv. kinematická viskozita» = / Vizkozity tektin Látka Viskozita [Pa.s] Vzdch 0-5 Zkapalněný N 0-4 Voda Olej Glycerin 0 0 Masťový základ 0 5 Nenewtonovské kapaliny Nenewtonovské kapaliny τ Binghhamská d/dx Newtonovská Dilatantní» Zdánlivá viskozita může záviset také na době namáhání. Některé psedoplastické a plastické systémy mají chování :» tixotropní nichž viskozita s časem klesá Nenewtonovské kapaliny Prodění viskózní kapaliny» Zdánlivá viskozita může záviset také na době namáhání.» Některé dilatantní systémy mají chování:» reopektické nichž viskozita s časem roste F t F F r p p Směr pohyb tektiny r 3

4 Prodění viskózní kapaliny rovnováha sil» Tlakové síly» působí na podstavy» plášť síla způsobená třením okolních vrstev.» Pohybje-li se válec rovnoměrně, msí být všechny síly na něj působící v rovnováze : d r ( p p) rl 0 dr p d r dr l Prodění viskózní kapaliny v klaté trbce» okrajová podmínka (R) = 0 :» stěny trbky je rychlost nlová (r) r p ( r; R) ( R r ) 4 l max p ( max R ) 4 l R Poiseillův zákon» Laminární tok potrbím p R 4 l max Q p R 4 l A da p Q R 8 l R 0 4 r R R r rdr p rdr 4 l 0 Hagen-Poiseillova rovnice Režim tok» Laminární» Trblentní Hranice režimů prodění» Reynoldsovo kritérim L L Re» relace mezi setrvačnými a viskozitními toky hybnosti» Re < 300 laminární prodění» Re > trblentní prodění Teorie podobnosti» Pro trblentní systémy je řešení Navier Stokesovy rovnice obtížné» Ntné experimentální stdim systém» Možný přenos poznatků mezi podobnými systémy» Podobné systémy stejné hodnoty kritérií podobnosti 4

5 Kritéria podobnosti» Strohalovo kritérim t St L» t,, L charakteristický čas, rychlost, velikost» Reynoldsovo kritérim L L Re» relace mezi setrvačnými a viskozitními toky hybnosti Kritéria podobnosti» Elerovo kritérim p E» relace mezi tlakovo a setrvačno silo» Frodovo kritérim gl Fr» relace mezi gravitačními a setrvačnými silami Disipace energie při prodění kapalin Moodyho diagram» Bernolliho rovnice A, stř PA zag» rychlost prodění» z výška» P tlak» E dis měrná dissipovaná energie l E dis f d» f frikční faktor B, stř PB zbg E dis Doprava kapalin - čerpadla Pístová čerpadla» Hydrostatická (positive displacement)» přeměna práce na tlak v prvk čerpadla» pístová, lamelová, zbová, membránová, aj.» hlavní nevýhodo je plsace» Hydrodynamická» přeměna práce na kineticko energii, poté na tlak» axiální, radiální (odstředivá)» hlavní nevýhodo je kavitace 5

6 Zbová čerpadla» Čerpání zvláštních tektin» viskózní» abrazivní» s pevnými částicemi Membránová čerpadla» Membrána ovládána» pístem» stlačeným plynem» Mechanisms čerpadla oddělen od čerpané tektiny» Odolnost vůči zvláštním médiům Šneková a peristaltická čerpadla Hydrodynamická čerpadla Odstředivé Axiální Fnkce odstředivého čerpadla Doprava plynů» Přetlaková» ventilátory (fans)» dmychadla (blowers)» kompresory (compressors)» Podtlaková» vývěvy (vacm pmp) 6

7 Ventilátory» Charakteristika» doprava většího množství plynů při malém přetlak (0, - 0, MPa)» radiální (paprskový) ventilátor» dopravovaný plyn se sacím hrdlem přivádí na střed oběžného kola se zahntými lopatkami. Odstředivo silo je vytlačován do spirální skříně a výtlačného hrdla, odkd vychází ven. Ventilátory» axiální (osový) ventilátor» oběžné kolo má tvar několikakřídlové vrtle.jeho rotací se vzdch pohybje rovnoběžně s oso (požívají se k odvětrávání místností) Dmychadla» Charakteristika» doprava plynů za středního tlak (0, - 0,3 MPa).» Rootsovo dmychadlo (Roots blower)» podobné zbovém čerpadl - ve skříni dmychadla se proti sobě otáčejí rotory, které jso nestále ve vzájemném dotyk a sočasně přiléhají k vnitřním stěnám skříně a rozděljí jí na komory. Plyn se nasává do komory mezi rotor a skříň a ve. komoře se vytlačje. Dmychadla» Lamelové dmýchadlo (sliding vane blower)» rotor má ložený ve válcové skříni s drážkami pro výsvné lamely (destičky). Lamely mají mírný sklon, při otáčení rotor jso odstředivo silo přitlačovány k vnitřní straně válcové skříně a tím vytvářejí komůrky, jejich objem se směrem od sacího hrdla k výtlačném snižje a tím dochází ke stlačování plyn. Kompresory» Charakteristika» stroje k dopravě a stlačování plynů, které vyvíjejí tlak 0,3-00 MPa.» Při stlačování dochází ke zvyšování teploty a proto se msí chladit» Pístové kompresory» stlačjí plyn vratným pohybem píst ve válci.» moho být dvo- a vícestpňové - stlačený plyn z předcházejícího stpně vstpje vždy do dalšího válce o menším objem. Kompresory» Rotační lopatkové trbokompresory» stlačjí plyn pomocí rotjících oběžných lopatek.» radiální - mají stejný princip i konstrkci jako trbodmychadla, liší se vyšším počtem stpňů a vyšším tlakem a zmenšje šířka a průměr oběžných kol.» axiální - Základ kompresor je rotor s lopatkami, které vhánějí plyn přiváděný sacím hrdlem do nestále se zmenšjícího objem, čímž se plyn stlačje a vychází výtlačným hrdlem. 7

8 Kompresory» Šrobový kompresor» plyn se přivádí mezi šroby, které do sebe zapadají. Každý má jiný počet závitů i otáček. Šroby přiváděný plyn stlačjí a vedo do výtlačného hrdla. Vývěvy» Charakteristika» zařízení, která vysávají plyn z zavřeného prostor, kde má vzniknot podtlak a nasátý plyn stlačjí na tlak atmosférický» Pístové» připomínají pístové kompresory» Rotační» založeny na rotaci excentricky místěného válce s lopatkami nebo výsvnými lamelami. Vývěvy Vývěvy» Olejová rotační vývěva» rotační vývěva s vnitřní olejovo lázní» lepší těsnost» chlazení těla vývěvy olejem» Vodokržná vývěva» mezi excentrickým rotorem a vodním prstencem vytvářejí lopatky komůrky, které se od sacího otvor nejdříve zvětšjí (tím se plyn nasává), směrem k výtlačném otvor se zmenšjí (plyn je vytlačován).» Prodová vývěva» prod tlakové vody nebo páry se přivádí do trysky, kde zúžením průřez prdce stopne rychlost a tím poklesne tlak» vzniklým podtlakem se nasává dopravovaný plyn ze sací komory» směs nosného média a nasátého plyn přichází do difzor, kde se průtokový průřez zvolna rozšiřje, tím se prod zpomalje a jeho tlak vzrůstá Doprava kapalin čerpadlem Charakteristika čerpadla» Bernolliho rovnice WA A, stř PA zag B, stř» H C charakteristika potrbí» Potřebná pracovní výška čerpadla PB zbg E WA B A PB PA Edis HC zb za g g g g dis H c hydrostatické čerpadlo hydrodynamické čerpadlo Q, m 3.s - 8

9 Teoretický příkon čerpadla P W Q A» P příkon» Q objemový průtok» A plošný průřez 9