Aby określić lepkość kinematyczną, wiskozymetr dobiera się tak, aby czas przepływu produktu naftowego wynosił co najmniej 200 s. Następnie jest dokładnie myte i suszone. Próbka badanego produktu jest filtrowana przez bibułę filtracyjną. Lepkie produkty są podgrzewane do 50-100°C przed filtracją. W obecności wody w produkcie suszy się go siarczanem sodu lub grubokrystaliczną solą kuchenną, a następnie filtruje. Żądaną temperaturę ustawia się w urządzeniu termostatycznym. Dokładność utrzymywania wybranej temperatury ma ogromne znaczenie, dlatego termometr termostatyczny należy zamontować tak, aby jego zbiornik znajdował się mniej więcej na poziomie środka kapilary wiskozymetru z jednoczesnym zanurzeniem całej podziałki. W przeciwnym razie wprowadza się poprawkę na wystający słupek rtęci według wzoru:
^T = Bh(T1 – T2)
- B jest współczynnikiem rozszerzalności cieplnej płynu roboczego termometru:
- dla termometru rtęciowego - 0,00016
- dla alkoholu - 0,001
- h to wysokość wystającej kolumny płynu roboczego termometru, wyrażona w działkach skali termometru
- T1 - temperatura zadana w termostacie, °C
- T2 to temperatura powietrza otoczenia w pobliżu środka wystającej kolumny, °C.
Określenie czasu wygaśnięcia jest powtarzane kilka razy. Zgodnie z GOST 33-82 liczbę pomiarów ustala się w zależności od czasu wygaśnięcia: pięć pomiarów - z czasem wygaśnięcia od 200 do 300 s; cztery od 300 do 600 s oraz trzy dla czasów wygaśnięcia dłuższych niż 600 s. Podczas wykonywania odczytów należy monitorować stałość temperatury i brak pęcherzyków powietrza.
Aby obliczyć lepkość, określa się średnią arytmetyczną czasu przepływu. W takim przypadku brane są pod uwagę tylko te odczyty, które różnią się nie więcej niż ± 0,3% dla pomiarów dokładnych i ± 0,5% dla pomiarów technicznych od średniej arytmetycznej.
Użyj wygodnego konwertera do konwersji lepkości kinematycznej na dynamiczną online. Ponieważ stosunek lepkości kinematycznej i dynamicznej zależy od gęstości, należy go również wskazać podczas obliczeń w poniższych kalkulatorach.
Gęstość i lepkość należy podawać w tej samej temperaturze.
Jeśli ustawisz gęstość w temperaturze innej niż temperatura lepkości, wystąpi błąd, którego stopień będzie zależał od wpływu temperatury na zmianę gęstości dla danej substancji.
Kalkulator konwersji lepkości kinematycznej na dynamiczną
Przelicznik umożliwia przeliczenie lepkości na wymiar w centystoksach [cSt] do centypuazów [cP]. Należy pamiętać, że wartości liczbowe wielkości z wymiarami [mm2/s] i [cSt] dla lepkości kinematycznej i [cP] i [mPa*s] dla dynamicznych są sobie równe i nie wymagają dodatkowego tłumaczenia. W przypadku innych wymiarów skorzystaj z poniższych tabel.
Lepkość cieczy
Dynamiczny lepkość, czyli współczynnik lepkości dynamicznej ƞ (newtonowski), określa wzór:
η = r / (dv/dr),
gdzie r to siła oporu lepkości (na jednostkę powierzchni) między dwiema sąsiednimi warstwami płynu, skierowana wzdłuż ich powierzchni, a dv/dr to gradient ich prędkości względnej, mierzony w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu. Jednostką lepkości dynamicznej jest ML -1 T -1, jej jednostką w układzie CGS jest puaz (pz) \u003d 1 g / cm * s \u003d 1dyn * s / cm 2 \u003d 100 centypuazów (cps)
Kinematyczny lepkość jest określony stosunkiem lepkości dynamicznej ƞ do gęstości płynu p. Wymiar lepkości kinematycznej wynosi L 2 T -1, jej jednostką w układzie CGS są stokesy (st) \u003d 1 cm 2 / s \u003d 100 centystokesów (cst).
Płynność φ jest odwrotnością lepkości dynamicznej. Ta ostatnia dla cieczy maleje wraz ze spadkiem temperatury w przybliżeniu zgodnie z prawem φ \u003d A + B / T, gdzie A i B są charakterystycznymi stałymi, a T oznacza temperaturę bezwzględną. Wartości dla A i B dla dużej liczby cieczy podał Barrer.
Tabela lepkości wody
Dane Binghama i Jacksona, uzgodnione z normą krajową w USA i Wielkiej Brytanii w dniu 1 lipca 1953 r., ƞ przy 20 0 С=1,0019 centypuazów.
|
Temperatura, 0 C |
Temperatura, 0 C |
||
Tabela lepkości różnych cieczy Ƞ, cps
|
Płyn |
|||||||||
|
Bromobenzen |
|||||||||
|
Kwas mrówkowy |
|||||||||
|
Kwas Siarkowy |
|||||||||
|
Kwas octowy |
|||||||||
|
olej rycynowy |
|||||||||
|
Olejek prowansalski |
|||||||||
|
dwusiarczek węgla |
|||||||||
|
Alkohol metylowy |
|||||||||
|
Etanol |
|||||||||
|
Kwas węglowy (ciecz) |
|||||||||
|
Tetrachlorek węgla |
|||||||||
|
Chloroform |
|||||||||
|
octan etylu |
|||||||||
|
mrówczan etylu |
|||||||||
|
Eter etylowy |
Lepkość względna niektórych roztworów wodnych (tabela)
Zakłada się, że stężenie roztworów jest normalne i zawiera jeden gram równoważnika substancji rozpuszczonej na 1 litr. Lepkość są podane w odniesieniu do lepkości wody w tej samej temperaturze.
|
Substancja |
Temperatura, °C |
Lepkość względna |
Substancja |
Temperatura, °C |
Lepkość względna |
|
Chlorek wapnia |
|||||
|
Chlorek amonu |
Kwas Siarkowy |
||||
|
Jodek potasu |
kwas chlorowodorowy |
||||
|
Chlorek potasu |
wodorotlenek sodu |
Tabela lepkości wodnych roztworów gliceryny
|
Ciężar właściwy 25°/25°С |
Procent wagowy gliceryny |
|||
Lepkość cieczy pod wysokimi ciśnieniami według Bridgmana
Tabela lepkości względnej wody pod wysokim ciśnieniem
|
Ciśnienie kgf / cm 3 |
||||
Tabela lepkości względnych różnych cieczy pod wysokimi ciśnieniami
Ƞ=1 przy 30 ° С i ciśnieniu 1 kgf/cm 2
|
Płyn |
Temperatura, ° C |
Ciśnienie kgf / cm 2 |
|||
|
dwusiarczek węgla |
|||||
|
Alkohol metylowy |
|||||
|
Etanol |
|||||
|
Eter etylowy |
|||||
Lepkość ciał stałych (PV)
Tabela lepkości gazów i par
Dynamiczny lepkość gazów zwykle wyrażana w mikropuazach (mpusach). Zgodnie z teorią kinetyczną lepkość gazów nie powinna zależeć od ciśnienia i zmieniać się proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego z temperatury bezwzględnej. Pierwszy wniosek okazuje się generalnie słuszny, z wyjątkiem bardzo niskich i bardzo wysokich ciśnień; Drugi wniosek wymaga pewnych poprawek. Aby zmienić ƞ w zależności od temperatury bezwzględnej T, najczęściej stosuje się wzór:
|
gaz lub para |
stała Sutherlanda, C |
||||||||
|
Podtlenek azotu |
|||||||||
|
Tlen |
|||||||||
|
para wodna |
|||||||||
|
Dwutlenek siarki |
|||||||||
|
Etanol |
|||||||||
|
Dwutlenek węgla |
|||||||||
|
Tlenek węgla |
|||||||||
|
Chloroform |
|||||||||
Tabela lepkości niektórych gazów przy wysokich ciśnieniach (mcpz)
|
Temperatura, 0 C |
Ciśnienie w atmosferach |
|||||
|
Dwutlenek węgla |
||||||
Lepkość jest najważniejszą stałą fizyczną charakteryzującą właściwości eksploatacyjne paliw kotłowych i napędowych, olejów naftowych i wielu innych produktów naftowych. Wartość lepkości służy do oceny możliwości rozpylania i pompowalności oleju i produktów naftowych.
Wyróżnia się lepkość dynamiczną, kinematyczną, warunkową i efektywną (strukturalną).
Lepkość dynamiczna (bezwzględna). [μ ], czyli tarcie wewnętrzne, jest właściwością rzeczywistych płynów polegającą na przeciwstawianiu się siłom ścinającym. Oczywiście ta właściwość przejawia się, gdy płyn się porusza. Lepkość dynamiczna w układzie SI jest mierzona w [N·s/m 2 ]. Jest to opór, jaki ciecz wywiera podczas względnego ruchu swoich dwóch warstw o powierzchni 1 m2, znajdujących się w odległości 1 m od siebie i poruszających się pod działaniem siły zewnętrznej 1 N z prędkością 1m/s. Biorąc pod uwagę, że 1 N/m 2 = 1 Pa, lepkość dynamiczna jest często wyrażana w [Pa·s] lub [mPa·s]. W układzie CGS (CGS) wymiar lepkości dynamicznej wynosi [dyn·s/m 2 ]. Ta jednostka nazywana jest równowagą (1 P = 0,1 Pa·s).
Współczynniki konwersji do obliczania dynamiki [ μ ] lepkość.
| Jednostki | Mikropuaz (µP) | centypuaz (cP) | Równowaga ([g/cm·s]) | Pa·s ([kg/m·s]) | kg/(m·h) | kg s / m2 |
| Mikropuaz (µP) | 1 | 10 -4 | 10 -6 | 10 7 | 3,6 10 -4 | 1,02 10 -8 |
| centypuaz (cP) | 10 4 | 1 | 10 -2 | 10 -3 | 3,6 | 1,02 10 -4 |
| Równowaga ([g/cm·s]) | 10 6 | 10 2 | 1 | 10 3 | 3,6 10 2 | 1,02 10 -2 |
| Pa·s ([kg/m·s]) | 10 7 | 10 3 | 10 | 1 3 | 3,6 10 3 | 1,02 10 -1 |
| kg/(m·h) | 2,78 10 3 | 2,78 10 -1 | 2,78 10 -3 | 2,78 10 -4 | 1 | 2,84 10 -3 |
| kg s / m2 | 9,81 10 7 | 9,81 10 3 | 9,81 10 2 | 9,81 10 1 | 3,53 10 4 | 1 |
Lepkość kinematyczna [ν ] jest wartością równą stosunkowi lepkości dynamicznej płynu [ μ ] do jego gęstości [ ρ ] w tej samej temperaturze: ν = μ/ρ. Jednostką lepkości kinematycznej jest [m 2 / s] - lepkość kinematyczna takiej cieczy, której lepkość dynamiczna wynosi 1 N s / m 2, a gęstość 1 kg / m 3 (N \u003d kg m / s 2). W układzie CGS lepkość kinematyczna wyrażana jest w [cm 2 /s]. Ta jednostka nazywa się stokes (1 St = 10 -4 m 2 / s; 1 cSt = 1 mm 2 / s).
Współczynniki konwersji do obliczania kinematyki [ ν ] lepkość.
| Jednostki | mm 2 /s (cSt) | cm 2 / s (St) | m 2 /s | m2 / godz |
| mm 2 /s (cSt) | 1 | 10 -2 | 10 -6 | 3,6 10 -3 |
| cm 2 / s (St) | 10 2 | 1 | 10 -4 | 0,36 |
| m 2 /s | 10 6 | 10 4 | 1 | 3,6 10 3 |
| m2 / godz | 2,78 10 2 | 2,78 | 2,78 10 4 | 1 |
Oleje i produkty ropopochodne są często charakteryzowane lepkość warunkowa, który przyjmuje się jako stosunek czasu wypływu przez kalibrowany otwór standardowego wiskozymetru 200 ml oleju w określonej temperaturze [ T] do czasu upłynięcia 200 ml wody destylowanej o temperaturze 20°C. Lepkość nominalna w temperaturze [ T] jest oznaczony znakiem WU i jest wyrażony liczbą konwencjonalnych stopni.
Lepkość względną mierzy się w stopniach VU (°VU) (jeśli test przeprowadza się na standardowym wiskozymetrze zgodnie z GOST 6258-85), sekundach Saybolta i sekundach Redwooda (jeśli test przeprowadza się na lepkościomierzach Saybolta i Redwooda).
Możesz przenosić lepkość z jednego systemu do drugiego za pomocą nomogramu.
W układach zdyspergowanych nafty, w pewnych warunkach, w przeciwieństwie do płynów newtonowskich, lepkość jest zmienną zależną od gradientu szybkości ścinania. W takich przypadkach oleje i produkty naftowe charakteryzują się lepkością efektywną lub strukturalną:
W przypadku węglowodorów lepkość zasadniczo zależy od ich składu chemicznego: wzrasta wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej i temperatury wrzenia. Obecność rozgałęzień bocznych w cząsteczkach alkanów i naftenów oraz wzrost liczby cykli również zwiększają lepkość. Dla różnych grup węglowodorów lepkość wzrasta w szeregu alkany – areny – cyklany.
Do określenia lepkości stosuje się specjalne standardowe instrumenty - wiskozymetry, które różnią się zasadą działania.
Lepkość kinematyczną określa się dla lekkich produktów naftowych i olejów o stosunkowo niskiej lepkości za pomocą lepkościomierzy kapilarnych, których działanie opiera się na płynności cieczy przez kapilarę zgodnie z GOST 33-2000 i GOST 1929-87 (lepkościomierz typu VPZh, Pinkevich itp.).
W przypadku lepkich produktów naftowych lepkość względną mierzy się w wiskozymetrach, takich jak VU, Engler itp. Wypływ cieczy w tych wiskozymetrach następuje przez skalibrowany otwór zgodnie z GOST 6258-85.
Istnieje empiryczna zależność między wartościami konwencjonalnej °VU a lepkością kinematyczną:
Lepkość najbardziej lepkich, strukturalnych produktów naftowych określa się na wiskozymetrze rotacyjnym zgodnie z GOST 1929-87. Metoda polega na pomiarze siły potrzebnej do obrócenia wewnętrznego cylindra względem zewnętrznego podczas wypełniania przestrzeni między nimi cieczą badaną w temperaturze T.
Oprócz standardowych metod określania lepkości, czasami w pracach badawczych stosuje się metody niestandardowe, polegające na pomiarze lepkości do czasu, gdy kula kalibracyjna wpadnie między znaki lub na czas zaniku drgań ciała stałego w cieczy testowej (lepkościomierze Gepplera, Gurvicha itp.).
We wszystkich opisanych standardowych metodach lepkość określa się w ściśle stałej temperaturze, ponieważ lepkość zmienia się znacznie wraz z jej zmianą.
Lepkość a temperatura
Zależność lepkości produktów naftowych od temperatury jest bardzo ważną cechą zarówno w technologii rafinacji ropy naftowej (pompowanie, wymiana ciepła, sedymentacja itp.) itp.).
Wraz ze spadkiem temperatury ich lepkość wzrasta. Rysunek przedstawia krzywe lepkości w funkcji temperatury dla różnych olejów smarowych.
Wspólną cechą wszystkich próbek oleju jest obecność obszarów temperatur, w których występuje gwałtowny wzrost lepkości.
Istnieje wiele różnych wzorów do obliczania lepkości w funkcji temperatury, ale najczęściej używanym jest wzór empiryczny Waltera:
Dwukrotnie logarytmując to wyrażenie, otrzymujemy:
Zgodnie z tym równaniem E. G. Semenido skompilował nomogram na osi odciętych, którego dla ułatwienia użytkowania wykreślono temperaturę, a lepkość na osi rzędnych.
Za pomocą nomogramu można określić lepkość produktu naftowego w dowolnej temperaturze, jeśli znana jest jego lepkość w dwóch innych temperaturach. W tym przypadku wartość znanych lepkości jest połączona linią prostą i trwa do momentu przecięcia się z linią temperatury. Punkt przecięcia z nim odpowiada pożądanej lepkości. Nomogram nadaje się do oznaczania lepkości wszystkich rodzajów płynnych produktów naftowych.
W przypadku olejów smarowych naftowych bardzo ważne jest, aby podczas eksploatacji lepkość była jak najmniej zależna od temperatury, gdyż zapewnia to dobre właściwości smarne oleju w szerokim zakresie temperatur, czyli zgodnie ze wzorem Waltera oznacza to, że dla olejów smarowych im niższy współczynnik B, tym wyższa jakość oleju. Ta właściwość olejów nazywa się wskaźnik lepkości, co jest funkcją składu chemicznego oleju. W przypadku różnych węglowodorów lepkość zmienia się wraz z temperaturą na różne sposoby. Najbardziej stroma zależność (duża wartość B) dla węglowodorów aromatycznych, a najmniejsza dla alkanów. Węglowodory naftenowe są pod tym względem zbliżone do alkanów.
Istnieją różne metody określania wskaźnika lepkości (VI).
W Rosji VI określa się na podstawie dwóch wartości lepkości kinematycznej w temperaturze 50 i 100°C (lub w temperaturze 40 i 100°C - zgodnie ze specjalną tabelą Państwowego Komitetu ds. Norm).
Podczas certyfikacji olejów IV oblicza się zgodnie z GOST 25371-97, który przewiduje określenie tej wartości na podstawie lepkości w 40 i 100 ° C. Zgodnie z tą metodą, zgodnie z GOST (dla olejów o VI poniżej 100), wskaźnik lepkości określa wzór:
Do wszystkich olejów z v 100 ν, v 1 I wer. 3) określa się zgodnie z tabelą GOST 25371-97 na podstawie w. 40 I v 100 ten olej. Jeśli olej jest bardziej lepki ( v 100> 70 mm 2 /s), to wielkości zawarte we wzorze określa się specjalnymi wzorami podanymi w normie.
O wiele łatwiej jest określić wskaźnik lepkości na podstawie nomogramów.
Jeszcze wygodniejszy nomogram do znajdowania wskaźnika lepkości opracował G. V. Vinogradov. Definicja VI sprowadza się do połączenia znanych wartości lepkości w dwóch temperaturach liniami prostymi. Punkt przecięcia tych linii odpowiada pożądanemu wskaźnikowi lepkości.
Wskaźnik lepkości jest ogólnie przyjętą wartością, która jest zawarta w normach olejowych we wszystkich krajach świata. Wadą wskaźnika lepkości jest to, że charakteryzuje on zachowanie oleju tylko w zakresie temperatur od 37,8 do 98,8°C.
Wielu badaczy zauważyło, że gęstość i lepkość olejów smarowych w pewnym stopniu odzwierciedla ich skład węglowodorowy. Zaproponowano odpowiedni wskaźnik, który łączy gęstość i lepkość olejów i jest nazywany stałą lepkościowo-masową (VMC). Stałą lepkość-masa można obliczyć za pomocą wzoru Yu A. Pinkevicha:
W zależności od składu chemicznego oleju VMK może wynosić od 0,75 do 0,90, a im wyższy olej VMK, tym niższy jego wskaźnik lepkości.
W niskich temperaturach oleje smarowe uzyskują strukturę charakteryzującą się granicą plastyczności, plastycznością, tiksotropią czy anomalią lepkości charakterystyczną dla układów rozproszonych. Wyniki wyznaczania lepkości takich olejów zależą od ich wstępnego mechanicznego wymieszania, a także od natężenia przepływu lub od obu czynników jednocześnie. Oleje strukturyzowane, podobnie jak inne strukturyzowane systemy naftowe, nie podlegają newtonowskiemu prawu przepływu płynu, zgodnie z którym zmiana lepkości powinna zależeć tylko od temperatury.
Olej o nieprzerwanej strukturze ma znacznie wyższą lepkość niż po jego zniszczeniu. Jeśli lepkość takiego oleju zostanie zmniejszona poprzez zniszczenie struktury, to w stanie spoczynku struktura ta zostanie przywrócona, a lepkość powróci do pierwotnej wartości. Zdolność systemu do samoistnego odtwarzania swojej struktury nazywa się tiksotropia. Wraz ze wzrostem prędkości przepływu, a dokładniej gradientu prędkości (przekrój krzywej 1), struktura ulega zniszczeniu, a zatem lepkość substancji zmniejsza się i osiąga określone minimum. Ta minimalna lepkość pozostaje na tym samym poziomie nawet przy późniejszym wzroście gradientu prędkości (sekcja 2) aż do pojawienia się przepływu turbulentnego, po czym lepkość ponownie wzrasta (sekcja 3).
Lepkość a ciśnienie
Lepkość cieczy, w tym produktów ropopochodnych, zależy od ciśnienia zewnętrznego. Zmiana lepkości olejów wraz ze wzrostem ciśnienia ma ogromne znaczenie praktyczne, ponieważ w niektórych jednostkach tarcia mogą występować wysokie ciśnienia.
Zależność lepkości od ciśnienia dla niektórych olejów ilustrują krzywe, lepkość olejów wraz ze wzrostem ciśnienia zmienia się wzdłuż paraboli. Pod presją R można to wyrazić wzorem:
W olejach naftowych lepkość węglowodorów parafinowych najmniej zmienia się wraz ze wzrostem ciśnienia, a nieco bardziej naftenowych i aromatycznych. Lepkość produktów naftowych o wysokiej lepkości wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia bardziej niż lepkość produktów o niskiej lepkości. Im wyższa temperatura, tym mniejsze zmiany lepkości wraz ze wzrostem ciśnienia.
Przy ciśnieniach rzędu 500 - 1000 MPa lepkość olejów wzrasta na tyle, że tracą one swoje właściwości płynne i zamieniają się w plastyczną masę.
Aby określić lepkość produktów ropopochodnych pod wysokim ciśnieniem, D.E. Mapston zaproponował wzór:
Na podstawie tego równania D.E. Mapston opracował nomogram, na podstawie którego na przykład znane wielkości ν 0 I R, są połączone linią prostą, a odczyt uzyskuje się na trzeciej skali.
Lepkość mieszanin
Podczas mieszania olejów często konieczne jest określenie lepkości mieszanin. Jak wykazały eksperymenty, addytywność właściwości przejawia się tylko w mieszaninach dwóch składników o bardzo podobnej lepkości. Przy dużej różnicy lepkości mieszanych produktów olejowych z reguły lepkość jest mniejsza niż obliczona zgodnie z zasadą mieszania. W przybliżeniu lepkość mieszaniny olejów można obliczyć, jeśli zastąpimy lepkości składników ich odwrotnością - ruchliwość (płynność) ψ cm:
Do określenia lepkości mieszanin można również zastosować różne nomogramy. Największe zastosowanie znalazł nomogram ASTM i wiskozygram Molina-Gurvicha. Nomogram ASTM oparty jest na formule Walthera. Nomogram Molina-Gurewicza opracowano na podstawie eksperymentalnie stwierdzonych lepkości mieszaniny olejów A i B, z których A ma lepkość °VU 20 = 1,5, a B ma lepkość °VU 20 = 60. Oba oleje mieszano w różnych proporcjach od 0 do 100% (obj.), a lepkość mieszanin ustalano doświadczalnie. Nomogram pokazuje wartości lepkości w jednostkach. jednostki iw mm 2 / s.
Lepkość gazów i oparów oleju
Lepkość gazów węglowodorowych i oparów oleju podlega innym prawom niż cieczom. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta lepkość gazów. Ten wzór jest zadowalająco opisany wzorem Sutherlanda:
Lepkość mierzy wewnętrzny opór płynu wobec siły, która jest używana do spowodowania przepływu tego płynu. Lepkość jest dwojakiego rodzaju - bezwzględna i kinematyczna. Ten pierwszy jest zwykle stosowany w kosmetyce, medycynie i kuchni, a drugi jest coraz częściej stosowany w przemyśle motoryzacyjnym.
Lepkość bezwzględna i lepkość kinematyczna
Absolutna lepkość płyn, zwany także dynamicznym, mierzy opór stawiany sile, która powoduje jego przepływ. Jest mierzony niezależnie od właściwości substancji. Lepkość kinematyczna przeciwnie, zależy od gęstości substancji. Aby określić lepkość kinematyczną, lepkość bezwzględną dzieli się przez gęstość tego płynu.
Lepkość kinematyczna zależy od temperatury cieczy, dlatego oprócz samej lepkości konieczne jest wskazanie, w jakiej temperaturze ciecz uzyskuje taką lepkość. Lepkość oleju silnikowego jest zwykle mierzona w temperaturze 40°C (104°F) i 100°C (212°F). Podczas wymiany oleju w samochodach mechanicy samochodowi często wykorzystują właściwości olejów, które zmniejszają lepkość wraz ze wzrostem temperatury. Na przykład, aby usunąć maksymalną ilość oleju z silnika, jest on wstępnie podgrzewany, w wyniku czego olej wypływa łatwiej i szybciej.
Płyny newtonowskie i nienewtonowskie
Lepkość zmienia się na różne sposoby, w zależności od rodzaju cieczy. Istnieją dwa rodzaje - ciecze newtonowskie i nienewtonowskie. Płyny newtonowskie to ciecze, których lepkość będzie się zmieniać niezależnie od działającej na nie siły. Wszystkie inne ciecze są nienewtonowskie. Są interesujące, ponieważ odkształcają się z różną szybkością w zależności od naprężenia ścinającego, to znaczy odkształcanie zachodzi z większą lub odwrotnie niższą szybkością, w zależności od substancji i siły, która naciska na ciecz. Lepkość zależy również od tego odkształcenia.
Ketchup jest klasycznym przykładem płynu nienewtonowskiego. Kiedy jest w butelce, prawie niemożliwe jest wydobycie jej przy użyciu niewielkiej siły. Jeśli wręcz przeciwnie, użyjemy dużej siły, np. zaczniemy mocno potrząsać butelką, to ketchup z łatwością wypłynie z niej. Tak więc duży stres sprawia, że ketchup jest płynny, a mały prawie nie ma wpływu na jego płynność. Ta właściwość jest charakterystyczna dla płynów nienewtonowskich.
Przeciwnie, inne płyny nienewtonowskie stają się bardziej lepkie wraz ze wzrostem naprężenia. Przykładem takiej cieczy jest mieszanina skrobi i wody. Osoba może bezpiecznie przebiec przez wypełniony nią basen, ale zacznie tonąć, jeśli się zatrzyma. Dzieje się tak dlatego, że w pierwszym przypadku siła działająca na płyn jest znacznie większa niż w drugim. Istnieją płyny nienewtonowskie o innych właściwościach - na przykład w nich lepkość zmienia się nie tylko w zależności od całkowitej wielkości naprężeń, ale także od czasu, w którym siła działa na ciecz. Na przykład, jeśli ogólny stres jest spowodowany większą siłą i działa na organizm przez krótki okres czasu, zamiast rozkładać się przez dłuższy czas z mniejszą siłą, wówczas płyn, taki jak miód, staje się mniej lepki. Oznacza to, że jeśli miód będzie mieszany intensywnie, stanie się mniej lepki w porównaniu do mieszania go z mniejszą siłą, ale przez dłuższy czas.
Lepkość i smarowanie w inżynierii
Lepkość jest ważną właściwością cieczy używaną w życiu codziennym. Nauka zajmująca się badaniem płynności cieczy nazywa się reologią i zajmuje się szeregiem zagadnień związanych z tym zjawiskiem, w tym lepkością, ponieważ lepkość bezpośrednio wpływa na płynność różnych substancji. Reologia ogólnie bada zarówno płyny newtonowskie, jak i nienewtonowskie.
Wskaźniki lepkości oleju silnikowego
Produkcja oleju silnikowego odbywa się przy ścisłym przestrzeganiu zasad i receptur, tak aby lepkość tego oleju była dokładnie taka, jaka jest potrzebna w danej sytuacji. Przed sprzedażą producenci kontrolują jakość oleju, a mechanicy w salonach samochodowych sprawdzają jego lepkość przed wlaniem do silnika. W obu przypadkach pomiary przeprowadza się inaczej. W produkcji oleju zwykle mierzy się jego lepkość kinematyczną, a mechanika wręcz przeciwnie, mierzy lepkość bezwzględną, a następnie przekłada ją na kinematyczną. W tym przypadku stosuje się różne urządzenia pomiarowe. Ważne jest, aby znać różnicę między tymi pomiarami i nie mylić lepkości kinematycznej z lepkością bezwzględną, ponieważ nie są one takie same.
Aby uzyskać dokładniejsze pomiary, producenci olejów silnikowych wolą stosować lepkość kinematyczną. Mierniki lepkości kinematycznej są również znacznie tańsze niż lepkościomierze bezwzględne.
W przypadku samochodów bardzo ważne jest, aby lepkość oleju w silniku była prawidłowa. Aby części samochodowe działały tak długo, jak to możliwe, należy maksymalnie zmniejszyć tarcie. Aby to zrobić, są one pokryte grubą warstwą oleju silnikowego. Olej musi być na tyle lepki, aby jak najdłużej utrzymywał się na trących powierzchniach. Z drugiej strony musi być wystarczająco płynny, aby przejść przez kanały olejowe bez zauważalnego zmniejszenia prędkości przepływu, nawet w chłodne dni. Oznacza to, że nawet w niskich temperaturach olej powinien pozostać niezbyt lepki. Ponadto, jeśli olej jest zbyt lepki, wówczas tarcie między ruchomymi częściami będzie duże, co doprowadzi do wzrostu zużycia paliwa.
Olej silnikowy to mieszanka różnych olejów i dodatków, takich jak dodatki przeciwpieniące i detergentowe. Dlatego znajomość lepkości samego oleju nie wystarczy. Konieczna jest również znajomość końcowej lepkości produktu iw razie potrzeby jej zmiana, jeśli nie spełnia przyjętych norm.
Wymiana oleju
W miarę użytkowania zmniejsza się procentowa zawartość dodatków w oleju silnikowym, a sam olej ulega zabrudzeniu. Gdy zanieczyszczenie jest zbyt duże, a dodane do niego dodatki wypalą się, olej staje się bezużyteczny, dlatego należy go regularnie wymieniać. Jeśli nie zostanie to zrobione, brud może zatkać kanały olejowe. Lepkość oleju zmieni się i nie będzie spełniała norm, powodując różne problemy, takie jak zatkane kanały olejowe. Niektóre warsztaty i producenci olejów zalecają wymianę oleju co 5000 kilometrów (3000 mil), ale producenci samochodów i niektórzy mechanicy samochodowi twierdzą, że wymiana oleju co 8000 do 24 000 kilometrów (5000 do 15 000 mil) jest wystarczająca, jeśli samochód jest w dobrym stanie i stan dobry. Wymiana co 5000 kilometrów jest odpowiednia dla starszych silników, a teraz zalecenie tak częstej wymiany oleju jest chwytem reklamowym, który zmusza pasjonatów motoryzacji do kupowania większej ilości oleju i odwiedzania serwisów częściej, niż jest to faktycznie konieczne.
Wraz z poprawą konstrukcji silnika zwiększa się również odległość, jaką samochód może przejechać bez wymiany oleju. Dlatego, aby zdecydować, kiedy warto wlać nowy olej do samochodu, kieruj się informacjami zawartymi w instrukcji obsługi lub na stronie internetowej producenta samochodu. Niektóre pojazdy posiadają również czujniki monitorujące stan oleju – są też wygodne w użyciu.
Jak wybrać odpowiedni olej silnikowy
Aby nie popełnić błędu przy wyborze lepkości, przy wyborze oleju należy wziąć pod uwagę, jaka pogoda i na jakie warunki jest przeznaczona. Niektóre oleje są przeznaczone do pracy w zimnych lub odwrotnie gorących warunkach, a niektóre są dobre w każdą pogodę. Oleje również dzielą się na syntetyczne, mineralne i mieszane. Te ostatnie składają się z mieszanki składników mineralnych i syntetycznych. Najdroższe oleje to oleje syntetyczne, a najtańsze to oleje mineralne, ponieważ są tańsze w produkcji. Oleje syntetyczne stają się coraz bardziej popularne ze względu na to, że są trwalsze, a ich lepkość pozostaje taka sama w szerokim zakresie temperatur. Kupując syntetyczny olej silnikowy, ważne jest, aby sprawdzić, czy filtr wytrzyma tak długo, jak olej.
Zmiana lepkości oleju silnikowego pod wpływem zmian temperatury zachodzi w różnych olejach na różne sposoby, a zależność tę wyraża wskaźnik lepkości, który zwykle jest wskazany na opakowaniu. Wskaźnik równy zeru - dla olejów, których lepkość najbardziej zależy od temperatury. Im mniejszy wpływ temperatury na lepkość, tym lepiej, dlatego kierowcy preferują oleje o wysokim wskaźniku lepkości, zwłaszcza w zimnym klimacie, gdzie różnica temperatur między gorącym silnikiem a zimnym powietrzem jest bardzo duża. Obecnie wskaźnik lepkości olejów syntetycznych jest wyższy niż olejów mineralnych. Mieszane oleje są w środku.
Aby dłużej utrzymać lepkość oleju na niezmienionym poziomie, czyli zwiększyć wskaźnik lepkości, do oleju często dodaje się różne dodatki. Często dodatki te wypalają się przed zalecaną datą wymiany oleju, co oznacza, że olej staje się mniej użyteczny. Kierowcy stosujący oleje z tymi dodatkami są zmuszeni albo regularnie sprawdzać, czy stężenie tych dodatków w oleju jest wystarczające, albo często wymieniać olej, albo zadowalać się olejem o obniżonych właściwościach. Oznacza to, że olej o wysokim wskaźniku lepkości jest nie tylko drogi, ale także wymaga stałego monitorowania.
Olej do innych pojazdów i mechanizmów
Wymagania dotyczące lepkości dla olejów do innych pojazdów są często takie same jak dla olejów samochodowych, ale czasem się różnią. Na przykład wymagania dotyczące oleju stosowanego w łańcuchu rowerowym są różne. Właściciele rowerów zwykle muszą wybierać między rzadkim olejem, który łatwo nakładać na łańcuch, takim jak aerozol w aerozolu, a gęstym olejem, który dobrze przylega i utrzymuje się na łańcuchu. Lepki olej skutecznie zmniejsza tarcie i nie zmywa się z łańcucha podczas deszczu, ale szybko się brudzi, ponieważ do otwartego łańcucha dostaje się kurz, sucha trawa i inne zabrudzenia. Rzadki olej nie ma tych problemów, ale musi być często ponownie nakładany, a nieuważni lub niedoświadczeni rowerzyści czasami nie wiedzą o tym i niszczą łańcuch i zębatki.
Pomiar lepkości
Do pomiaru lepkości stosuje się urządzenia zwane reometrami lub wiskozymetrami. Te pierwsze są stosowane do cieczy, których lepkość zmienia się w zależności od warunków środowiskowych, natomiast te drugie działają z dowolnymi cieczami. Niektóre reometry to cylinder, który obraca się wewnątrz innego cylindra. Mierzą siłę, z jaką płyn w cylindrze zewnętrznym obraca cylinder wewnętrzny. W innych reometrach ciecz wylewa się na płytkę, umieszcza się w niej cylinder i mierzy się siłę, z jaką ciecz działa na cylinder. Istnieją inne rodzaje reometrów, ale zasada ich działania jest podobna - mierzą siłę, z jaką ciecz działa na ruchomy element tego urządzenia.
Wiskozymetry mierzą opór płynu poruszającego się w przyrządzie pomiarowym. W tym celu ciecz jest przepychana przez cienką rurkę (kapilarę) i mierzony jest opór cieczy na ruch przez rurkę. Opór ten można znaleźć, mierząc czas potrzebny cieczy do przebycia określonej odległości w rurce. Czas przelicza się na lepkość za pomocą obliczeń lub tabel dostępnych w dokumentacji każdego urządzenia.
