ویسکوزیته (Viscosity) یکی از مهم ترین کمیت های فیزیکی روغن بوده و در بسیاری از کاربردهای صنعتی، این کمیت به عنوان معیار اصلی برای انتخاب روغن در نظر گرفته می شود.
شما نیز این مسئله را هنگام تعویض روغن ماشین دیده اید. عددهایی که روی جعبه روغن ها وجود دارند، نشان دهنده ویسکوزیته روغن هستند و برای هر خودرویی، میزان مشخصی از این کمیت، مناسب است. با ما در این مقاله همراه باشید تا این کمیت را به صورت مفصل تر و علمی تر بررسی کنیم.
ویسکوزیته روغن چیست؟
ساده ترین تعریف ویسکوزیته، مقاومت یک سیال در برابر تغییر شکل یا حرکت است. به عبارت دیگر، هر سیالی مانند روغن SAE 50 که مقاومت بیشتری در برابر تغییر شکل از خود نشان دهد، ویسکوزیته یا لزجت بیشتری دارد.
در مقابل، هر روغنی که لزج نبوده و به راحتی تغییر شکل دهد، ویسکوزیته کمتری دارد. ویسکوزیته را می توان به بیان عامیانه، غلظت و اصطکاک درونی نیز تعبیر کرد.
ویسکوزیته روغن، مقاومت درونی آن را نسبت به جریان نشان می دهد؛ به همین دلیل می توان از آن برای اندازه گیری اصطکاک جریان استفاده کرد.
تمام سیالات به غیر از ابرسیال ها، مقداری مقاومت در برابر جریان و در نتیجه، ویسکوزیته دارند اما ممکن است از سیال غیر ویسکوز شنیده باشید که همان سیال ایده آل بوده و تنها برای سادگی کار، ویسکوزیته آن در نظر گرفته نمی شود.
قبل از تعریف علمی ویسکوزیته، لازم است با کمیت تنش نیز آشنا شویم. در واقع تنش، نیرویی است که به سطح خاصی وارد می شود. این کمیت دارای دو نوع عمودی و برشی است.
در تنش عمودی، نیرو و سطح بر هم عمودند و فرمول آن نیز عبارت است از میزان نیروی عمود بر سطح بر مساحت آن سطح. تنش برشی، نیروی موازی آن سطح را مشخص می کند.
هر سیال به طور کلی دارای لایه های بی شماری است که با سرعت های متفاوت حرکت می کنند. ویسکوزیته روغن، ناشی از وجود تنش برشی بین این لایه هاست که در مقابل نیرویی به وجود می آید که سعی در به حرکت در آوردن سیال دارد.
رابطه بین تنش برشی و گرادیان (تغییرات) سرعت را می توان با استفاده از دو صفحه که به فاصله y از هم قرار گرفته اند، به دست آورد. اگر نیرویی به صفحه بالایی سیال وارد شود، آن را وادار به حرکت کرده و تنش برشی و سرعت به وجود می آید.
همچنین بخوانید : روغن کمپرسور چیست؟ + نکات کلیدی روغن کمپرسور
انواع ویسکوزیته روغن
ویسکوزیته ای که در بخش های قبلی بررسی کردیم، با نام ویسکوزیته دینامیک (Dynamic viscosity) یا ویسکوزیته مطلق نیز شناخته می شود. در اغلب موارد، این نوع از ویسکوزیته بیان می شود و اگر در محلی، ذکر نشود که کدام نوع از ویسکوزیته مدنظر است، منظور همان ویسکوزیته دینامیک است.
نوع دیگری از ویسکوزیته با نام ویسکوزیته سینماتیک (Kinematic viscosity) شناخته می شود. بنابر تعریف، ویسکوزیته سینماتیک برابر با ویسکوزیته دینامیکی بر چگالی سیال است.
این ویسکوزیته با واحد متر مربع بر ثانیه یا استوکس شناخته می شود. هر متر مربع بر ثانیه برابر با 10000 استوکس یا 10 سانتی استوکس است.
اندازه گیری ویسکوزیته روغن
ویسکوزیته روغن با استفاده از دستگاه های مختلفی اندازه گیری می شود. وسیله ای که ویسکوزیته را اندازه می گیرید، ویسکومتر نامیده می شود. در ادامه دو ویسکومتر مشهور را بررسی می کنیم.
ویسکومتر لوله موئین
این وسیله، رایج ترین روش اندازه گیری ویسکوزیته روغن در آزمایشگاه ها به حساب می آید. در این روش، مقداری از روغن به عنوان نمونه در لوله شیشه ای U شکل موئین قرار داده شده و با استفاده از مکش، درون لوله جابجا می شود تا زمانی که به محل خاصی که در لوله مشخص شده است، برسد.
پس از آن، مکش متوقف شده و سیال با استفاده از نیروی گرانش به حالت قبلی خود بازمی گردد. قطر باریک لوله موئین، میزان دبی روغن را کنترل می کند. سیالی که ویسکوزیته بیشتری داشته باشد، زمان بیشتر و سیالی که لزجت کمتری داشته باشد، زمان کمتری برای بازگشت به حالت قبلی خود نیاز دارد.
به دلیل اینکه نرخ دبی روغن متناسب با مقاومت سیال در برابر گرانش در لوله است، این آزمایش می تواند میزان ویسکوزیته دینامیک روغن را اندازه گیری کند. میزان زمان اندازه گیری شده با استفاده از داده های قبلی کالیبره شده با استفاده از عملیات ریاضی به میزان ویسکوزیته سیال تبدیل می شود.
ویسکومتر دورانی
در این روش، روغن در یک لوله شیشه ای که درون یک بلوک عایق شده با دمای ثابت است، قرار داده می شود. در ویسکومتر دورانی، یک جسم دوکی شکل فلزی با دور ثابت در روغن شروع به دروان می کند. میزان گشتاوری که برای دوران دوک صرف می شود، اندازه گیری می شود.
بر اساس مقاومت درونی سیال نسبت به دوران دوک، میزان ویسکوزیته دینامیک روغن، اندازه گیری می شود.
ویسکوزیته روغن ماشین ها
ویسکوزیته روغن روان کاری با استفاده از سیستم های درجه بندی مانند انجمن مهندسان خودرو (SAE) یا سازمان بین المللی استاندارد (ISO) بیان می شود. اغلب روغن هایی که برای روان کاری تجهیزات و ماشین آلات صنعتی استفاده می شوند، با استاندارد SAE و با دو عدد نمایش داده می شوند.
در روغن های چند ویسکتوزیته از این نوع، عدد اول که 0، 5، 10، 15 یا 25 است نشان می دهد که روغن در دماهای پایین چگونه عمل می کند و بعد از آن حرف W گذاشته می شود که مخفف winter است و نشان می دهد که روغن در فصل زمستان چه عملکردی خواهد داشت.
حرف دوم نیز نشان می دهد روغن در دماهای بالا چه مقدار ویسکوزیته ای خواهد داشت. این مسئله دارای اهمیت بالایی است؛ زیرا با سرد شدن هوا، ویسکوزیته روغن افزایش و با گرم شدن هوا، کاهش می یابد.
روغن باید بتواند خواص روان کاری خود را در تمام بازه دمایی که دستگاه آن را تجربه می کند، حفظ کند. در شکل زیر، ویسکوزیته روغن مناسب برای تمام دماها را مشاهده می کنید.
سخن آخر
ویسکوزیته روغن از مهم ترین کمیت هایی است که در تعیین روغن مناسب برای کاربردهای مختلف از آن استفاده می شود. این کمیت، میزان مقاوم بوده سیال نسبت به حرکت را نشان می دهد؛ بنابراین دانستن آن برای تمام کاربردهایی که از روغن درحال حرکت استفاده می کنند، ضروری است.
در این مقاله، تعریف دقیق و علمی این کمیت را بررسی کردیم و نکات مربوط به کاربردهای صنعتی، اندازه گیری و انواع ویسکوزیته روغن بیان شد.
با توجه به حساسیت روغن در کاربردهای مختلف، اگر به روغنی با ویژگی های خاص برای کاربردتان هستید، پیشنهاد می کنیم که قبل از انتخاب و استفاده از آن، حتما با متخصصین این زمینه مشورت کنید.