Dwie metody pomiaru i raportowania lepkości, kinematyczna i bezwzględna (zwana także dynamiczną), często powodują zamieszanie w umysłach tych, którzy nie korzystają z nich regularnie. W tej kolumnie wyjaśnię różnice między nimi i podam kilka wskazówek, jak zastosować je do smarów.
lepkość bezwzględna
Lepkość bezwzględną definiuje się jako odporność płynu na ścinanie lub zdolność płynu do przeciwstawienia się odkształceniu pod wpływem przyłożonej siły. Mówiąc prościej, im gęstszy płyn, tym więcej energii potrzeba do jego przepływu. Ściśle mówiąc, lepkość kinematyczna jest definiowana jako stosunek lepkości bezwzględnej do gęstości.
Gęstość jest właściwością wynikającą z masy, a ponieważ masa i ciężar są ze względów praktycznych wprost proporcjonalne w dowolnym miejscu na powierzchni Ziemi, lepkość kinematyczna jest często interpretowana jako opór płynu przepływającego pod wpływem grawitacji.
Lubię myśleć o lepkości kinematycznej jako o szczególnym przypadku lepkości absolutnej. Siły ścinające wywoływane przez grawitację są w rzeczywistości bardzo małe w porównaniu z siłami ścinającymi powodowanymi przez mechaniczne oddziaływanie elementów maszyny.
Zilustrujmy tę różnicę przykładem. Załóżmy, że masz na biurku słoik miodu i słoik wody. Słoiki są przymocowane do stołu, więc nie mogą się przesuwać. Jeśli włożysz łyżkę do każdego słoika i zaczniesz mieszać, wprowadzasz ścinanie do płynu.
Należy pamiętać, że siły te nie są powodowane przez grawitację, dlatego przeprowadzany jest test lepkości bezwzględnej. Oczywiście płynem o większym oporze mieszania jest miód, zatem można stwierdzić, że lepkość bezwzględna miodu jest większa od lepkości bezwzględnej wody. Teraz weź te słoiki, zdejmij je ze stołu i odlej na bok.
Cały płyn wypłynie ze zbiornika, w tym przypadku siła powodująca przepływ jest wywoływana przez grawitację. Właśnie przeprowadziliśmy test lepkości kinematycznej, który również wykazał, że miód ma większą lepkość kinematyczną niż woda, ponieważ ma większy opór przy wypływaniu ze słoika.
Lepkość płynu, kinematyczna lub bezwzględna, zmienia się w zależności od zmierzonej temperatury. Dlatego należy podać temperaturę, w której mierzy się lepkość.
lepkość kinematyczna
W ramach ścisłej definicji stanu ruchu, jeśli znana jest gęstość płynu, można bezpośrednio przeliczyć lepkość bezwzględną i lepkość kinematyczną. Zależność tę można wyrazić jako:
Lepkość bezwzględna=lepkość kinematyczna x gęstość
Aby poprawnie zastosować ten wzór, należy użyć odpowiednich jednostek SI.
Dotychczas wykazaliśmy, że zarówno badania lepkości bezwzględnej, jak i kinematycznej dowodzą, że miód jest bardziej lepki od wody. Spójrzmy na inny przykład.
Używając dwóch identycznych słoików przymocowanych do stołu, napełnij jeden miodem, a drugi majonezem. Teraz wykonaj test lepkości bezwzględnej, mieszając płyn. Testy wykażą, że miód jest bardziej lepką cieczą.
Odwróć słój i wykonaj test lepkości kinematycznej, który pokaże, że majonez jest teraz bardziej lepkim płynem (miód wyczerpie się szybciej niż majonez). Po pierwsze, jakie jest wyjaśnienie różnych wyników, a po drugie, jakie są implikacje, przynajmniej jeśli chodzi o smary maszynowe?
różnica
Aby wyjaśnić różne wyniki, musimy zrozumieć newtonowskie właściwości płynu. Jeśli powiążesz lepkość płynu z wielkością występującego w nim ścinania, niektóre płyny wykazują lepkość niezależną od wielkości przyłożonej siły ścinającej.
Nazywa się je płynami newtonowskimi, których dobrym przykładem jest miód. Rozkład lepkości niektórych płynów zmienia się wraz z wielkością występującego ścinania. Nazywa się je płynami nienewtonowskimi, czego przykładem jest majonez.
Płyny nienewtonowskie wykazują wysoką lepkość przy małej szybkości ścinania (test lepkości kinematycznej). Podobnie jak w przypadku testu lepkości bezwzględnej, lepkość płynów nienewtonowskich zmniejsza się, gdy płyn jest silniej ścinany.
dlaczego to jest ważne
Co to oznacza dla smarów?
1. Większość smarów (patrz wyjątki poniżej) wykazuje właściwości bliskie Newtona. Zatem niezależnie od tego, czy mierzymy lepkość kinematyczną, czy bezwzględną i wyznaczamy jej trendy, nie ma dużej różnicy.
2. Oleje wykazujące więcej właściwości nienewtonowskich to:
Ulepszone środki smarne (oleje z dodatkami polepszającymi wskaźnik lepkości)
Zdegradowany olej
Emulsje olejowe, w tym umiarkowane zanieczyszczenie ciałami stałymi i/lub cieczami oraz przedostawanie się powietrza, z których wszystkie mogą wytwarzać emulsje.
3. Biorąc pod uwagę, że na przepływ płynu smarującego w maszynie wpływają siły ścinające wprowadzane mechanicznie, a nie grawitacja, można argumentować, że badanie lepkości bezwzględnej jest lepszą metodą określania lepkości. Jednakże można również założyć, że każdy czynnik wpływający na zmiany lepkości bezwzględnej może również wpływać na zmiany lepkości kinematycznej.
Dopóki mierzymy i wyznaczamy trendy jedną metodą pomiaru (z odpowiednią powtarzalnością), powinniśmy być w stanie uzyskać dobre wzorce w danych. Mimo że wykonujemy pomiary lepkości kinematycznej i intuicyjnie wiemy, że są one nieprawidłowe w odniesieniu do maszyny, nadal cieszą się one popularnością. Trzymaj się więc jednej metody. A tak dla żartu: lepiej cały czas się mylić, niż czasem mieć rację.
4. Lepkość kinematyczna jest powszechną metodą pomiaru i raportowania lepkości w analizie zużytego smaru, przynajmniej w większości laboratoriów komercyjnych. Jak wspomniano w poprzednim akapicie, może nie jest to najlepsze podejście, ale stało się podejściem dominującym ze względu na historię i łatwość użycia.
5. Większość laboratoriów komercyjnych będzie używać automatycznego wiskozymetru do pomiaru lepkości kinematycznej. Większość przyrządów laboratoryjnych w terenie mierzy lepkość bezwzględną, ale podaje ją jako lepkość kinematyczną, stosując założenia dotyczące gęstości płynu i wykonując odpowiednie obliczenia.
Zwykle nie stanowi to problemu w uzyskaniu wyników trendu, ale ważne jest, aby pomiary lepkości były zawsze wykonywane w tej samej temperaturze. Może to być temperatura pokojowa, ale zawsze przed badaniem należy upewnić się, że olej osiągnął temperaturę pokojową w kontrolowanym środowisku.
I nie próbuj zbyt dokładnie porównywać wyników komercyjnych laboratoriów naftowych z wynikami laboratorium terenowego; będą różne, ale to dlatego, że mierzą różne rzeczy. Powinna istnieć pewna korelacja, ale nie będą one dokładnie równoważne.
Lepkość jest często uważana za najważniejszą właściwość smaru. Dlatego też ważna jest umiejętność jego pomiaru i zrozumienia. Mam nadzieję, że pozwoli to na lepsze zrozumienie tematu.
