بانک اطلاعاتی فنی و مهندسی -> شیمی | 27/1/1392 | 545 بار دانلود | درج شده توسط فرهاد .....
مجتمع متخصصین ایران - ويسكوزيته روغن – چگونگي اندازه گيري و گزارش
به عقيده STLE (انجمن مهندسين روانكار) ويسكوزيته يك خاصيت بسيار مهم روغن مي باشد. به خاطر اهميت آن در روانكاري و ظاهر روغن، يكي از اولين پارامترهايي است كه توسط آزمايشگاههاي روغن اندازه گيري مي شود. اما وقتي در مورد ويسكوزيته صحبت مي شود منظور واقعي چيست؟
ويسكوزيته روغنهاي روانكار نوعا توسط دو روش اندازه گيري و گزارش مي شود، يا بر اساس ويسكوزيته سينماتيك و يا بر اساس ويسكوزيته مطلق (دايناميك). هرچند ممكن است توضيحات مربوط به اين دو عبارت يكسان باشد اما اختلاف مهمي بين اين دو وجود دارد. ويسكوزيته سينماتيك روغن به عنوان مقاومت روغن در برابر جاري شدن و افتادن در اثر نيروي جاذبه مي باشد. به عنوان مثال يك بشر را با روغن توربين و بشر ديگري را با روغن دنده غليظ پر كنيد. اگر هر دو بشر را كج كنيم كدام يك از روغنها سريعتر از بشر خواهد ريخت؟ روغن توربين به خاطر سرعت جريان نسبي كه توسط ويسكوزيته سينماتيك روغن تعيين مي شود سريعتر خواهد ريخت .
اجازه دهيد ويسكوزيته مطلق را بررسي كنيم. براي اندازه گيري ويسكوزيته مطلق، دو ميله آهني را در هر دو بشر وارد كنيد. توسط ميله روغن را بهم بزنيد و در سرعت يكسان ميزان نيروي لازم براي چرخش ميله آهني را اندازه گيري كنيد. نيروي لازم براي بهم زدن روغن دنده بيشتر از آن در روغن توربين مي باشد. بر اساس اين مشاهده، چنين بيان مي شود كه نيروي لازم براي بهم زدن روغن دنده بدليل غلظت و ويسكوزيته زياد آن نسبت به روغن توربين مي باشد .
در سيالات نيوتني، ويسكوزيته سينماتيك و مطلق با وزن مخصوص روغن مرتبط مي باشند. براي ساير روغنها از قبيل روغنهاي شامل پليمرهاي بهبود دهنده شاخص گرانروي (VI) يا سيالات آلوده شده يا تجزيه شده، رابطه بين ويسكوزيته و وزن مخصوص صادق نبوده و در صورت عدم آگاهي از اختلاف بين دو نوع ويسكوزيته احتمال خطا بيشتر خواهد بود .
روشهاي متداول براي اندازه گيري ويسكوزيته سينماتيك در آزمايشگاه از ويسكومتر لوله موئين بهره مي برد (شكل 1). در اين روش، نمونه روغن در داخل لوله موئين U شكل شيشه اي قرار ميگيرد و نمونه توسط يك دستگاه مكش از داخل لوله حركت ميكند تا اينكه به نقطه شروع كه بر روي لوله مشخص شده است برسد. عمل مكش متوقف شده و اجازه داده مي شود تا نمونه در خلاف جهت مكش تحت تاثير نيروي جاذبه حركت كند. منطقه باريك لوله موئين سرعت جريان روغن را كنترل مي كند. روغنهاي با درجات گرانروي بالا نسبت به روغنهاي با ويسكوزيته پايين زمان طولاني تري را سپري مي كنند. دستوالعمل هاي استاندارد انجام اين روش ASTM D445 و ISO 3104 مي باشند.
شكل 1: ويسكومتر لوله موئين
به خاطر اينكه سرعت جريان در داخل لوله موئين بوسيله مقاومت روغن در برابر جاري شدن تحت تاثير نيروي جاذبه تعيين ميگردد اين تست در حقيقت ويسكوزيته سينماتيك روغن را اندازه گيري مي كند. ويسكوزيته نوعا بر حسب سانتي استوك (cSt)، برابر با mm2/s در واحد SI، گزارش مي شود و از مدت زمان جريان روغن از نقطه شروع تا نقطه پايان و استفاده از ثابت كاليبراسيون روغن محاسبه مي شود. در اغلب آزمايشگاههاي روغن، روش ويسكومتر لوله موئين توضيح داده شده در ASTM D445(ISO 3104) به ويسكومترهاي اتوماتيك تجاري تبديل شده اند. كه اين ويسكومترها داراي تكرار پذيري و دقت بالايي نسبت به ويسكومتر هاي قبل از خود مي باشند.
ويسكوزيته روغن بدون تعريف دماي مشخص بي معني خواهد بود و عموما ويسكوزيته در يكي از دماهاي 40 °C و 100 °C گزارش مي شود. ويسكوزيته سينماتيك براي اغلب روغنهاي صنعتي با توجه به طبقه بندي آنها بر اساس ويسكوزيته در استاندارد ISO (ISO 3448) در دماي 40 °C و در اغلب روغنهاي موتوري با توجه به طبقه بندي روغن هاي موتور بر اساس ويسكوزيته در SAE j300 در دماي 100 °C مد نظر مي باشدجدول 1. بعلاوه دماي 100 درجه سانتي گراد تداخل در اندازه گيري آلايندها در روغن موتور را كاهش مي دهد.
| درجه گرانروی ISO | ویسکوزیته میانی در(Cst) 40 oC | حداقل مقدار ویسکوزیته در (Cst) 40 oC | حداکثر مقدار ویسکوزیته در (Cst) 40 oC | درجه گرانروی SAE | حداقل مقدار ویسکوزیته در (Cst) 100 oC | حداقل مقدار ویسکوزیته در (Cst) 100 oC |
| 15 | 15.0 | 13.5 | 16.5 | - | - | - |
| 22 | 22.0 | 19.8 | 24.2 | - | - | - |
| 32 | 32.0 | 28.8 | 35.2 | - | - | - |
| 46 | 46.0 | 41.4 | 50.6 | - | - | - |
| 68 | 68.0 | 61.2 | 74.8 | 20 | 5.6 | 9.3 |
| 100 | 100.0 | 90.0 | 110.0 | 30 | 9.3 | 12.5 |
| 150 | 150.0 | 135.0 | 165.0 | 40 | 12.5 | 16.3 |
| 220 | 220.0 | 198.0 | 242.0 | 50 | 16.3 | 21.9 |
| 320 | 320.0 | 288.0 | 352.0 | - | - | - |
| 460 | 460.0 | 414.0 | 506.0 | - | - | - |
| 680 | 680.0 | 612.0 | 748.0 | - | - | - |
جدول 1: سيستم درجه بندي گرانروي ISO و SAE محدوده هاي ويسكوزيته سينماتيك
| درجه گرانروی SAE | ویسکوزیته مطلق (cp) ویسکوزیته ظاهری | قابلیت پمپ شدن |
| 0W | 3.250 در -30 oC | 30.000 در -35 oC |
| 5W | 3.500 در -25 oC | 30.000 در -35 oC |
| 10W | 3.500 در -20 oC | 30.000 در -35 oC |
| 15W | 3.500 در -15 oC | 30.000 در -35 oC |
| 20W | 4.500 در -10 oC | 30.000 در -35 oC |
| 25W | 6.000 در -5 oC | 30.000 در -35 oC |
جدول 2: محدوده هاي ويسكوزيته ظاهري در دماي پايين روغنهاي چند درجه اي
يك روش كمتر متداول براي اندازه گيري ويسكوزيته استفاده از ويسكومتر با ميله چرخنده مي باشد. در اين روش روغن در يك ظرف شيشه اي كه در يك محفظه با دماي مشخص قرار گرفته ريخته مي شود. ميله چرخنده در داخل روغن با سرعت ثابت شروع به چرخيدن مي كند و نيروي مورد نياز براي چرخيدن ميله اندازه گيري مي شود. بر اساس مقاومت در برابر چرخش ناشي از فشار برشي روغن، ويسكوزيته مطلق روغن قابل اندازه گيري است. ويسكوزيته مطلق بر حسب سانتي پواز (cP) برابر با mPa.s در واحد SI گزارش مي شود. اين روش عموما به روش Brookfield معروف است و در استاندارد ASTM D2983 بررسي مي شود.
شكل 2: ويسكومتر با ميله چرخنده
ويسكوزيته مطلق و ويسكومتر Brookfield، هرچند كمتر از ويسكوزيته سينماتيك، در فرمولاسيون روغن موتور استفاده مي شوند. براي مثال علامت \ W\ كه براي بيان مناسب بودن روغنها براي استفاده در دماهاي سردتر مي باشند، براساس ويسكوزيته Brookfield در دماهاي مختلف مي باشد (جدول 2). بر اساس SAE j300 يك روغن موتور چند درجه اي كه به صورت SAE 15W40 نشان داده مي شود بايستي شرايط محدوده هاي ويسكوزيته در دماهاي مربوطه مطابق با جدول 1 و حداقل مقادير مورد نياز بر طبق جدول 2 را داشته باشد.
شاخص گرانروي
يك خاصيت مهم ديگر روغنها شاخص گرانروي آنها مي باشد. اين شاخص يك عدد و بدون واحد بوده و وابستگي ويسكوزيته سنماتيك به دما را نشان مي دهد. شاخص گرانروي از مقايسه ويسكوزيته سينماتيك روغن مورد آزمايش در دماي 40 °C با ويسكوزيته دو روغن مرجع كه يكي داراي شاخص برابر با صفر و ديگري داراي شاخص برابر با صد (شكل 3) و داراي ويسكوزيته يكسان با روغن مورد آزمايش در دماي 100 °C مي باشند. جداول مورد نياز براي محاسبه شاخص گرانروي از ويسكوزيته محاسبه شده در دماي 40 °C و 100 °C در استاندارد ASTM D2270 ذكر شده است.
شكل 3: اندازه گيري شاخص گرانروي
شكل 3 نشان مي دهد كه چنانچه روغن تغييرات ويسكوزيته كمتري با دما داشته باشد در مقايسه با روغني كه اين تغييرات بيشتر است شاخص گرانروي بالايي را خواهد داشت.
در اغلب روغنهاي صنعتي پارافينيكي تصفيه شده با حلال، عموما شاخص گرانروي در محدوده 90 تا 105 قرار دارد. حال آنكه اغلب روغنهاي تصفيه شده با كيفيت بالا، روغنهاي سنتزي و روغنهايي كه شاخص گرانروي آنها بهبود يافته است اين شاخص بيشتر از 100 خواهد بود. در حقيقت روغنهاي سنتزي از نوع پلي آلفا اولفينها داراي شاخص از 130 تا 150 مي باشند.
اندازه گيري ويسكوزيته و روند آن
آشكار سازي روند ويسكوزيته يكي از مهمترين موارد در برنامه آناليز روغن مي باشد. حتي تغييرات كوچك در ويسكوزيته در دماي عملياتي تشديد شده و روغن در مدت زمان طولاني براي روانكاري مناسب نخواهد بود. محدوده قابل قبول در روغنهاي صنعتي ±5 درصد و در مواقع بحراني تا ±10 درصد است. اگرچه در كاربردهاي حساس و سيستم هاي منحصر به فرد بايستي اين محدوده باريكتر باشد.
كاهش زياد در ويسكوزيته ممكن است باعث:
• ازبين رفتن فيلم روغن و سايش بيش از حد قطعه
• افزايش اصطكاك بين قطعات و در نتيجه مصرف بيش از حد انرژي، توليد گرما ناشي از اصطكاك، نشت روغن
• افزايش حساسيت به آلودگي توسط ذرات ناشي از كاهش فيلم روغن
• از بين رفتن فيلم روغن در دما و فشار بالا به هنگام شروع به كار كردن و خاموش شدن
همچنين ويسكوزيته خيلي بالا ممكن است باعث:
• توليد بيش از حد گرما و در نتيجه اكسيداسيون روغن و تشكيل لاك و لجن
• فرسايش ناشي از جريان نامناسب روغن به پمپها و ياتاقانها
• ضعف روانكاري ناشي از جريان نامناسب روغن
• ضربات وارده توسط روغن به ياتاقانها
• مصرف بيش از حد انرژي براي غلبه بر اصطكاك سيال
• قابليت ضعيف دمولسيبيليتي و آزاد سازي هوا از روغن
• قابليت پمپاژ ضعيف در استارت سرد
هنگاميكه تغييرات مهم در ويسكوزيته رخ مي دهد بايستي دليل اصلي شناسايي و برطرف شود. تغييرات در ويسكوزيته مي تواند ناشي از تغيير در شيمي روغن پايه (تغيير در ساختار مولكولي روغنها) يا وجود آلاينده ها در آن باشد.
بررسي ويسكوزيته ممكن است نيازمند تست هاي ديگري نيز باشد از قبيل عدد اسيدي (AN) يا اسپكتروسكوپي تبدبل فوريه مادون قرمز براي تائيد وجود اكسيداسيون، تست آلاينده براي تشخيص وجود آب، دوده و يا وجود ضد يخ در روغن، و ساير تست هاي مرسوم ديگر از قبيل تست سانتريفيوژ يا كروماتوگرافي گازي براي تشخيص تغيير در شيمي روغن پايه لازم باشد.
يادآور مي شويم كه ويسكوزيته يك خاصيت بسيار مهم روغن مي باشد كه بايستي به دقت تعيين و كنترل شود زيرا اين پارامتر در روغن تاثير گذار بوده و در نتيجه در طول عمر قطعات و تجهيزات نيز تاثير گذار خواهد بود. ويسكوزيته را همچنين مي توان با استفاده از دستگاههاي آناليز روغن در محل اندازه گيري كرد و يا به يك آزمايشگاه خارج از محل به طور مكرر نمونه ارسال شود در هر صورت اين مهم است كه بدانيم ويسكوزيته چگونه اندازه گيري مي شود و تغيير در ويسكوزيته چگونه در تجهيزات تاثير گذار خواهد بود.
کتاب های مشابه با کتاب فوق
آدرس این کتاب : 
