De twee methoden voor het meten en rapporteren van de viscositeit, kinematisch en absoluut (ook wel dynamisch genoemd), veroorzaken vaak verwarring in de hoofden van degenen die ze niet regelmatig gebruiken. In deze column leg ik de verschillen tussen beide uit en geef ik enkele tips over hoe je ze op smeermiddelen kunt toepassen.
absolute viscositeit
Absolute viscositeit wordt gedefinieerd als de weerstand van een vloeistof tegen afschuiving, of het vermogen van de vloeistof om weerstand te bieden aan vervorming wanneer er een kracht op wordt uitgeoefend. Simpel gezegd: hoe dikker de vloeistof, hoe meer energie er nodig is om deze te laten stromen. Strikt genomen wordt kinematische viscositeit gedefinieerd als de verhouding tussen absolute viscositeit en dichtheid.
Dichtheid is een eigenschap die is afgeleid van massa, en aangezien massa en gewicht voor praktische doeleinden overal op het aardoppervlak direct proportioneel zijn, wordt kinematische viscositeit vaak geïnterpreteerd als de weerstand van een vloeistof om te stromen onder invloed van de zwaartekracht.
Ik beschouw kinematische viscositeit graag als een speciaal geval van absolute viscositeit. De schuifkrachten die door de zwaartekracht worden geïntroduceerd, zijn eigenlijk heel klein vergeleken met de schuifkrachten die worden geïntroduceerd door de mechanische interactie van machineonderdelen.
Laten we dit verschil illustreren met een voorbeeld. Stel dat je een pot honing en een pot water op je bureau hebt staan. De potten zijn vastgemaakt aan de tafel en kunnen dus niet bewegen. Als je een lepel in elke pot doet en begint te roeren, breng je schuifkracht in de vloeistof.
Houd er rekening mee dat deze krachten niet door de zwaartekracht worden veroorzaakt, dus wat u doet is een absolute viscositeitstest. Het is duidelijk dat de vloeistof met de grotere weerstand tegen roeren honing is, dus we kunnen concluderen dat de absolute viscositeit van honing groter is dan de absolute viscositeit van water. Neem nu die potten, neem ze van de tafel en giet ze opzij.
De vloeistof zal allemaal uit de tank stromen, in dit geval wordt de kracht die de stroming veroorzaakt veroorzaakt door de zwaartekracht. We hebben dus net een kinematische viscositeitstest gedaan en daaruit bleek ook dat honing een grotere kinematische viscositeit heeft dan water, omdat het meer weerstand heeft om uit de pot te stromen.
De viscositeit van een vloeistof, kinematisch of absoluut, verandert afhankelijk van de gemeten temperatuur. Daarom moet de temperatuur waarbij de viscositeit wordt gemeten worden gerapporteerd.
kinematische viscositeit
Als strikte definitie van de bewegingstoestand kunnen, als de dichtheid van de vloeistof bekend is, de absolute viscositeit en de kinematische viscositeit direct worden omgezet. Deze relatie kan worden uitgedrukt als:
Absolute viscositeit=kinematische viscositeit x dichtheid
Om deze formule correct te gebruiken, moeten de juiste SI-eenheden worden gebruikt.
Tot nu toe hebben we aangetoond dat zowel absolute als kinematische viscositeitstests bewijzen dat honing stroperiger is dan water. Laten we naar een ander voorbeeld kijken.
Gebruik twee identieke potten die op tafel zijn bevestigd en vul de ene met honing en de andere met mayonaise. Voer nu een absolute viscositeitstest uit door de vloeistof te roeren. Uit tests zal blijken dat honing een stroperiger vloeistof is.
Draai de pot om en voer een kinematische viscositeitstest uit, waaruit blijkt dat de mayonaise nu een stroperiger vloeistof is (honing raakt sneller op dan mayonaise). Ten eerste, wat is de verklaring voor de verschillende resultaten en ten tweede, wat zijn de implicaties, tenminste voor zover het machinesmeermiddelen betreft?
verschil
Om de verschillende resultaten te verklaren, moeten we de Newtoniaanse eigenschappen van de vloeistof begrijpen. Als je de viscositeit van een vloeistof relateert aan de hoeveelheid schuifkracht die deze ondervindt, vertonen sommige vloeistoffen een viscositeit die onafhankelijk is van de hoeveelheid uitgeoefende schuifkracht.
Dit worden Newtoniaanse vloeistoffen genoemd, waarvan honing een goed voorbeeld is. De viscositeitsverdeling van sommige vloeistoffen verandert met de hoeveelheid ervaren schuifkracht. Dit worden niet-Newtoniaanse vloeistoffen genoemd, waarbij mayonaise een voorbeeld is.
Niet-Newtoniaanse vloeistoffen vertonen een hoge viscositeit wanneer de afschuifsnelheid laag is (kinematische viscositeitstest). Net als bij de absolute viscositeitstest neemt de viscositeit van niet-Newtoniaanse vloeistoffen af wanneer de vloeistof sterker wordt afgeschoven.
waarom het belangrijk is
Wat betekent dit voor smeermiddelen?
1. De meeste smeermiddelen (zie uitzonderingen hieronder) vertonen bijna Newtoniaanse eigenschappen. Dus of we nu de kinematische viscositeit of de absolute viscositeit meten en deze trend bepalen, er is niet veel verschil.
2. Oliën die meer niet-Newtoniaanse eigenschappen vertonen zijn:
Verbeterde smeermiddelen (oliën met additieven die de viscositeitsindex verbeteren)
Afgebroken olie
Olie-emulsies, inclusief matige verontreiniging van vaste stoffen en/of vloeistoffen en luchtmeevoering, die allemaal emulsies kunnen produceren.
3. Gegeven het feit dat mechanisch geïntroduceerde schuifkrachten, in plaats van de zwaartekracht, de stroming van smeervloeistof in een machine beïnvloeden, kan worden beargumenteerd dat het testen van absolute viscositeit een betere methode is om de viscositeit te bepalen. Het is echter ook redelijk om aan te nemen dat elke factor die veranderingen in de absolute viscositeit beïnvloedt, ook veranderingen in de kinematische viscositeit kan beïnvloeden.
Zolang we één meetmethode meten en trendmatig maken (met de juiste reproduceerbaarheid), zouden we goede patronen in de gegevens moeten kunnen krijgen. Ook al doen we kinematische viscositeitsmetingen en weten we intuïtief dat ze onjuist zijn wat de machine betreft, ze zijn nog steeds populair. Houd je dus aan één methode. Als grapje: het is beter om altijd ongelijk te hebben, dan af en toe gelijk te hebben.
4. Kinematische viscositeit is de gebruikelijke methode voor het meten en rapporteren van viscositeit bij de analyse van gebruikte smeermiddelen, althans voor zover het de meeste commerciële laboratoria betreft. Zoals vermeld in de vorige paragraaf is dit misschien niet de beste aanpak, maar vanwege de geschiedenis en het gebruiksgemak is het de dominante aanpak geworden.
5. De meeste commerciële laboratoria zullen een geautomatiseerde viscometer gebruiken om de kinematische viscositeit te meten. De meeste veldlaboratoriuminstrumenten meten de absolute viscositeit, maar rapporteren deze als kinematische viscositeit door aannames van de vloeistofdichtheid te gebruiken en de juiste berekeningen uit te voeren.
Dit is meestal geen probleem bij het verkrijgen van trendresultaten, maar het is belangrijk om ervoor te zorgen dat viscositeitsmetingen altijd bij dezelfde temperatuur worden uitgevoerd. Dit kan op kamertemperatuur zijn, maar zorg er altijd voor dat de olie de tijd heeft gehad om op kamertemperatuur te komen in een klimaatgecontroleerde omgeving voordat u gaat testen.
En probeer de resultaten van uw commerciële petroleumlaboratorium niet te nauwkeurig te vergelijken met de resultaten van uw fieldlab; ze zullen verschillend zijn, maar dat komt omdat ze verschillende dingen meten. Er zou enige correlatie moeten zijn, maar ze zullen niet precies gelijkwaardig zijn.
Viscositeit wordt vaak gezien als de belangrijkste eigenschap van een smeermiddel. Daarom is het ook belangrijk om het te kunnen meten en begrijpen. Ik hoop dat dit een duidelijker inzicht in het onderwerp geeft.
