I due metodi di misurazione e reporting della viscosità, cinematico e assoluto (detto anche dinamico), spesso causano confusione nella mente di chi non li utilizza regolarmente. In questo articolo spiegherò le differenze tra loro e fornirò alcuni suggerimenti su come applicarli ai lubrificanti.
viscosità assoluta
La viscosità assoluta è definita come la resistenza di un fluido al taglio o la capacità del fluido di resistere alla deformazione quando viene applicata una forza. In parole povere, più il fluido è denso, maggiore è l’energia necessaria per farlo scorrere. A rigor di termini, la viscosità cinematica è definita come il rapporto tra viscosità assoluta e densità.
La densità è una proprietà derivata dalla massa e poiché massa e peso sono per scopi pratici direttamente proporzionali ovunque sulla superficie terrestre, la viscosità cinematica viene spesso interpretata come la resistenza di un fluido a fluire sotto l'influenza della gravità.
Mi piace pensare alla viscosità cinematica come a un caso speciale di viscosità assoluta. Le forze di taglio introdotte dalla gravità sono in realtà molto piccole rispetto alle forze di taglio introdotte dall'interazione meccanica dei componenti della macchina.
Illustriamo questa differenza con un esempio. Supponiamo di avere un barattolo di miele e un barattolo d'acqua sulla tua scrivania. I barattoli sono fissati al tavolo in modo che non possano muoversi. Se metti un cucchiaio in ogni barattolo e inizi a mescolare, stai introducendo un effetto di taglio nel fluido.
Tieni presente che queste forze non sono causate dalla gravità, quindi quello che stai facendo è un test di viscosità assoluta. Ovviamente il fluido con maggiore resistenza all'agitazione è il miele, quindi possiamo concludere che la viscosità assoluta del miele è maggiore della viscosità assoluta dell'acqua. Adesso prendi quei barattoli, toglili dal tavolo e mettili da parte.
Il fluido uscirà tutto dal serbatoio, in questo caso la forza che provoca il flusso è introdotta dalla gravità. Quindi abbiamo appena fatto un test di viscosità cinematica e anche questo ha dimostrato che il miele ha una viscosità cinematica maggiore dell'acqua perché ha più resistenza a fuoriuscire dal barattolo.
La viscosità di un fluido, sia cinematica che assoluta, cambia a seconda della temperatura misurata. Pertanto è necessario riportare la temperatura alla quale viene misurata la viscosità.
viscosità cinematica
Come definizione rigorosa dello stato di movimento, se è nota la densità del fluido, la viscosità assoluta e la viscosità cinematica possono essere convertite direttamente. Questa relazione può essere espressa come:
Viscosità assoluta=viscosità cinematica x densità
Per utilizzare correttamente questa formula è necessario utilizzare le unità SI appropriate.
Finora abbiamo dimostrato che sia i test di viscosità assoluta che quelli cinematici dimostrano che il miele è più viscoso dell’acqua. Diamo un'occhiata a un altro esempio.
Utilizzando due barattoli identici fissati sul tavolo, riempitene uno con il miele e l'altro con la maionese. Ora esegui un test di viscosità assoluta agitando il fluido. I test mostreranno che il miele è un liquido più viscoso.
Capovolgi il barattolo ed esegui un test di viscosità cinematica, che mostrerà che la maionese è ora un liquido più viscoso (il miele si esaurirà più velocemente della maionese). In primo luogo, qual è la spiegazione dei diversi risultati e, in secondo luogo, quali sono le implicazioni, almeno per quanto riguarda i lubrificanti per macchine?
differenza
Per spiegare i diversi risultati, dobbiamo comprendere le proprietà newtoniane del fluido. Se si mette in relazione la viscosità di un fluido con la quantità di taglio che subisce, alcuni fluidi mostrano una viscosità indipendente dalla quantità di forza di taglio applicata.
Questi sono chiamati fluidi newtoniani, di cui il miele è un buon esempio. La distribuzione della viscosità di alcuni fluidi cambia con la quantità di taglio sperimentato. Questi sono chiamati fluidi non newtoniani, la maionese ne è un esempio.
I fluidi non newtoniani mostrano elevate viscosità quando la velocità di taglio è bassa (test di viscosità cinematica). Come nel caso del test di viscosità assoluta, la viscosità dei fluidi non newtoniani diminuisce quando il fluido viene tagliato con maggiore forza.
perché è importante
Cosa significa questo per i lubrificanti?
1. La maggior parte dei lubrificanti (vedi eccezioni di seguito) presentano proprietà quasi newtoniane. Quindi, se misuriamo la viscosità cinematica o la viscosità assoluta e se ne determina l’andamento, non c’è molta differenza.
2. Gli oli che presentano più proprietà non newtoniane sono:
Lubrificanti migliorati (oli con additivi che migliorano l'indice di viscosità)
Olio degradato
Emulsioni oleose, inclusa una moderata contaminazione di solidi e/o liquidi e inglobamento di aria, che possono tutti produrre emulsioni.
3. Dato che le forze di taglio introdotte meccanicamente, piuttosto che la gravità, influenzano il flusso del fluido lubrificante in una macchina, si può sostenere che il test della viscosità assoluta è un metodo migliore per determinare la viscosità. Tuttavia, è anche giusto presupporre che qualsiasi fattore che influenzi i cambiamenti nella viscosità assoluta possa influenzare anche i cambiamenti nella viscosità cinematica.
Finché misuriamo e definiamo l’andamento di un metodo di misurazione (con un’adeguata riproducibilità), dovremmo essere in grado di ottenere buoni modelli nei dati. Anche se stiamo effettuando misurazioni della viscosità cinematica e sappiamo intuitivamente che non sono corrette per quanto riguarda la macchina, sono ancora popolari. Quindi attenersi a un metodo. Per scherzo: è meglio avere sempre torto che ragione qualche volta.
4. La viscosità cinematica è il metodo comune per misurare e riportare la viscosità nell'analisi dei lubrificanti usati, almeno per quanto riguarda la maggior parte dei laboratori commerciali. Come accennato nel paragrafo precedente, potrebbe non essere l’approccio migliore, ma è diventato l’approccio dominante grazie alla storia e alla facilità d’uso.
5. La maggior parte dei laboratori commerciali utilizzerà un viscosimetro automatizzato per misurare la viscosità cinematica. La maggior parte degli strumenti di laboratorio sul campo misurerà la viscosità assoluta ma la riporterà come viscosità cinematica utilizzando ipotesi sulla densità del fluido ed eseguendo calcoli appropriati.
Di solito questo non costituisce un problema per ottenere risultati di tendenza, ma è importante garantire che le misurazioni della viscosità vengano sempre eseguite alla stessa temperatura. Può essere a temperatura ambiente, ma assicurati sempre che l'olio abbia avuto il tempo di raggiungere la temperatura ambiente in un ambiente climatizzato prima del test.
E non provare a confrontare troppo da vicino i risultati del tuo laboratorio petrolifero commerciale con i risultati del tuo laboratorio sul campo; saranno diversi, ma è perché misurano cose diverse. Dovrebbe esserci una certa correlazione, ma non saranno esattamente equivalenti.
La viscosità è spesso considerata la proprietà più importante di un lubrificante. Pertanto, è anche importante essere in grado di misurarlo e comprenderlo. Spero che questo fornisca una comprensione più chiara dell'argomento.
