Κατανόηση του ιξώδες
του λαδιού και σημαίνουν οι αριθμοί του τελικά;
Το ιξώδες είναι το μέτρο της αντίστασης ενός υγρού στη ροή. Οι φυσικές ιδιότητες των λιπαντικών μετρούνται με χαρακτηριστικά όπως: το ιξώδες, η σταθερότητα διάτμησης, η απόδοση υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας, η αντοχή στο νερό και η πτητικότητα.
Η επιστήμη λίπανσης επιδιώκει να βελτιστοποιήσει την απόδοση ενός λιπαντικού με τη διαχείριση αυτών των ιδιοτήτων χρησιμοποιώντας διαφορετικά βασικά έλαια και πρόσθετα. Το ιξώδες ενός λιπαντικού και ο τρόπος με τον οποίο αλλάζει κάτω από διαφορετικές θερμοκρασίες και συνθήκες λειτουργίας είναι μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες που καθορίζουν την απόδοση και την προστασία του λιπαντικού. Όταν εξωτερικές δυνάμεις όπως η βαρύτητα δρουν σε ένα ρευστό, τα μόρια μέσα στο υγρό αρχίζουν να κινούνται το ένα εναντίον του άλλου, με αποτέλεσμα την τριβή μοριακού επιπέδου που αντιστέκεται στη ροή. Όσο μεγαλύτερη είναι η εσωτερική τριβή, τόσο υψηλότερο είναι το ιξώδες του υγρού. Ο τρόπος με τον οποίο το ιξώδες ενός υγρού αντιδρά στις αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης καθορίζει πόσο καλά ένα υγρό μπορεί να εκτελέσει τις βασικές λειτουργίες ενός λιπαντικού. Τα λιπαντικά βασικά έλαια πυκνώνουν καθώς κρυώνουν και στερεοποιούνται όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο, που ονομάζεται σημείο ροής. Η πάχυνση αυξάνει τις δυνατότητες μεταφοράς φορτίου του λιπαντικού, αλλά η ικανότητά του να κυκλοφορεί μειώνεται σημαντικά. Από την άλλη, τα λιπαντικά γίνονται λεπτότερα όταν θερμαίνονται, μειώνοντας την ικανότητά τους να μεταφέρουν φορτίο και να αποτρέπουν την επαφή μετάλλου με μέταλλο. Η ακραία πίεση μπορεί επίσης να μειώσει το ιξώδες, που ονομάζεται μηχανική διάτμηση, μειώνοντας την αντοχή του φιλμ του λιπαντικού και την ικανότητά του να αποτρέπει την επαφή και τη φθορά μετάλλου με μέταλλο. Ωστόσο, η προσπάθεια αντιμετώπισης αυτού επιλέγοντας υψηλότερο ιξώδες, μπορεί να προκαλέσει ελλιπής λίπανση, καθώς το λάδι δεν θα ρέει ελεύθερα μέσω μικρότερων περασμάτων. Το κατάλληλο ιξώδες για την προβλεπόμενη εφαρμογή είναι σημαντικό για να διασφαλιστεί ότι το λάδι κυκλοφορεί σωστά και παρέχει επαρκή αντοχή φιλμ υπό πίεση.
Μέτρηση ιξώδους
Με απλά λόγια, το ιξώδες είναι η μέτρηση της εσωτερικής τριβής ενός υγρού ή της αντοχής του στη ροή. Το εύρος ιξώδους ενός λιπαντικού συνήθως υποδεικνύεται χρησιμοποιώντας ένα κινηματικό και δυναμικό σύστημα βαθμολόγησης, όπως αυτά που έχουν θεσπιστεί από την Εταιρεία Μηχανικών Αυτοκινήτων (SAE) ή τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (ISO). Οι απαιτήσεις για λάδια κινητήρων βενζίνης και ντίζελ περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, την ταξινόμηση ιξώδους λιπαντικών κινητήρων SAE J-300 και την ταξινόμηση υπηρεσιών του Αμερικανικού Ινστιτούτου Πετρελαίου (API). Αυτές οι δοκιμές έχουν σχεδιαστεί για να αναπαράγουν συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας, επιτρέποντας στους τυποποιητές, τους κατασκευαστές πρωτότυπου εξοπλισμού (OEM) και τους καταναλωτές να κατανοήσουν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά και τους περιορισμούς κάθε λιπαντικού. Τα υγρά χαμηλού ιξώδους μπορούν να περιγραφούν ως λεπτά και ελαφριά. Τα υγρά υψηλού ιξώδους μπορούν να περιγραφούν ως παχιά και βαριά. Το λάδι κινητήρα χαμηλού ιξώδους (0W-20) ρέει ταχύτερα από το λάδι υψηλού ιξώδους (20W-50).
Κινηματικό ιξώδες
Το κινηματικό ιξώδες είναι η αντίσταση του λιπαντικού στη ροή και τη διάτμηση λόγω βαρύτητας. Για παράδειγμα, φανταστείτε να ρίχνετε δύο δοχεία, το ένα γεμάτο με νερό και το άλλο με μέλι. Το κινηματικό ιξώδες κάθε υγρού ρυθμίζει το ρυθμό με τον οποίο ρέει. Δεδομένου ότι το κινηματικό ιξώδες του νερού είναι χαμηλότερο, ρέει γρηγορότερα. Το κινηματικό ιξώδες, που μετράται χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία ASTM D445, καθορίζει την υψηλή θερμοκρασία ή τη θερμοκρασία λειτουργίας ενός λιπαντικού SAE - το "30" στο λάδι κινητήρα 5W-30. Η κινηματική δοκιμή ιξώδους επιχειρεί να προσομοιώσει το ιξώδες σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας για επιβατικό αυτοκίνητο ή ελαφρύ φορτηγό. Η δοκιμή εκτελείται στους 100 ° C (212 ° F) ή / και 40 ° C (104 ° F), ανάλογα με το σύστημα ταξινόμησης που χρησιμοποιείται. Η τιμή στους 100 ° C χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βαθμού ιξώδους SAE, μετρώντας πόσο χρόνο χρειάζεται το λάδι για να ρέει πλήρως από μια συσκευή ιξωδόμετρου που θερμαίνεται στους 100 ° C. Ο χρόνος που έχει παρέλθει σε δευτερόλεπτα μετατρέπεται σε centistokes (cSt). Οι χαμηλότερες τιμές αντικατοπτρίζουν τα έλαια ελαφρύτερου ιξώδους.
Δυναμικό (απόλυτο) ιξώδες
Το δυναμικό ιξώδες ορίζεται ως η αντίσταση του λιπαντικού στη ροή που μετράται με αντίσταση. Φανταστείτε την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να μετακινήσετε ένα στερεό αντικείμενο μέσω του υγρού. Χρειάζεται λιγότερη ενέργεια για την ανάδευση του νερού σε σύγκριση με το μέλι, επειδή το δυναμικό ιξώδες του νερού είναι χαμηλότερο. Το δυναμικό ιξώδες μετράται με τη δοκιμή προσομοιωτή ψυχρού στροφάλου (CCS) (ASTM D5293). Το δυναμικό ιξώδες καθορίζει την τιμή ιξώδους χαμηλής θερμοκρασίας, χειμώνα ή "W" ενός λαδιού - το "5W" στο λάδι κινητήρα 5W-30. Όσο χαμηλότερη είναι η βαθμολογία "W", τόσο πιο γρήγορα ρέει το λάδι όταν είναι κρύο και τόσο πιο εύκολο είναι για τον κινητήρα να γυρίσει κατά την εκκίνηση. Η δοκιμή ιξώδους CCS αξιολογεί την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την εκκίνηση ενός κινητήρα σε καθορισμένη θερμοκρασία· Όσο χαμηλότερος είναι ο βαθμός ιξώδους, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία στην οποία εκτελείται η δοκιμή. Η δοκιμή αποδίδει μια τιμή σε centipoise (cP), που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βαθμού ιξώδους. Χρησιμοποιώντας τη σειρά υπογραφής 5W-30 ως παράδειγμα, το ιξώδες του στους -30 ° C (-22 ° F) δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο από 6600 cP για να λάβει βαθμό 5W. Οι χαμηλότερες τιμές αντικατοπτρίζουν τα έλαια ελαφρύτερου ιξώδους.
Δείκτης ιξώδους
Ο δείκτης ιξώδους (VI) ενός λιπαντικού υγρού αναφέρεται στο πόσο αλλάζει το ιξώδες του υγρού λόγω της θερμοκρασίας. Ένα υψηλό VI (πάνω από 95) δείχνει ότι το υγρό υφίσταται μικρή αλλαγή ιξώδους λόγω διακυμάνσεων της θερμοκρασίας, ενώ ένα χαμηλό VI δείχνει μια σχετικά μεγάλη αλλαγή ιξώδους. Τα υγρά με υψηλό VI παρέχουν μεγαλύτερη προστασία στα κρίσιμα συστατικά σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών διατηρώντας το πάχος του υγρού και το απαραίτητο φράγμα υγρού μεταξύ των τμημάτων. Η δοκιμή δείκτη ιξώδους (ASTM D2270) βασίζεται στο κινηματικό ιξώδες του υγρού στους 40 ° C (104 ° F) και 100 ° C (212 ° F). Τα συνθετικά υγρά έχουν συνήθως πολύ υψηλότερους αριθμούς VI σε σύγκριση με τα συμβατικά υγρά, πράγμα που σημαίνει ότι παρέχουν βελτιωμένη προστασία σε κρίσιμα συστατικά σε ένα ευρύτερο φάσμα θερμοκρασιών.