تويت
اللزوجة
المهندس : نايف عمران
تعريف بالمصطلحات :
اللزوجة الديناميكية :
لزوجة الزيت هي مقاومته للجريان – يمكن شرح بعض المصطلحات الشائعة بالعودة الى المخطط التالي الذي ياخذ بعين الاعتبار حركة سطح مستو يفصله عن سطح مستوى ثابت . فيلم ذو ثخانة محددة .المهندس : نايف عمران
تعريف بالمصطلحات :
اللزوجة الديناميكية :
Shear stress : S . اجهاد القص = قوة القص المطبقة على واحدة المساحة مقاسة بواحدة الباسكال ( pa ) .
( القوة / مساحة السطح المستوي المتحرك ) .
Shear rate : R .
معدل القص = اختلاف السرعة في واحدة ثخانة الفيلم ( -1S ) .
mm
( -1S ) =second
mm
Vd= اللزوجة الديناميكية : ( Vd) = S (mpa.s)
R
تقاس اللزوجة الديناميكية بواسطة مقياس لزوجةدوار مثل (C.C.S )
( cold cranking simalator ) عند درجا حرارة منخفضة .
من اجل درجات الحرارة العالية ، يعني ( 150Cº ) يستخدم مقياس لزوجة ذو التضييق المتدرج مثل مقياس ( رافنفيلد ) او مقياس ( T.B.S )
Tape red Bearing simulator ))
اللزوجة الكينماتيكية ( ( VR:
يستخدم مقياس اللزوجة المكون من انبوب زجاجي شعري لتحديد اللزوجة الكينماتيكية تحت شروط اجهاد قص اصغرية والتي تكون فيها الثقالة هي القوة الوحيدة المؤثرة على الزيت كي تجبره على الجريان عبر الانبوب الشعري .
يستخدم هذا المصطلح (( كينماتيكي )) لان تحديد اللزوجة يستلزم وجود قوى القص كما في اللزوجة الديناميكية ويستلزم وجود العوامل الداخلية الناتجة عن فعل الثقالة واثر كثافة السائل
تحدد اللزوجة الكينماتيكية بشكل نظامي عند درجات الحرارة : 40 مº، 100مº ، 150 مº .
في وحات الجملة الدولية ( S1 ) تقاس النتائج بواحدة السنتي ستوك المعبر عنها بواحدة
( mm2 s-1) .
1mm2S-1 = 1centistake
يستخدم قياس اللزوجة الكينماتيكية في الدرجة 100 مº( Vk 100Cº )في تصنيفات جمعية مهندسي السيارات ( SAE j300 ) من اجل وصف الزيوت ذوات الدرجات .
SAE 20, 30, 40, 50, and 60
تحديد القيم الاعظمية والقيم الاصغرية للزوجة الزيوت المصنعة ضمن تلك الدرجات .
اللزوجة الكينماتيكية = اللزوجة الديناميكية
الكثافة
السوائل النيوتونية :
يقال ان الزيت يبدي سلوك نيوتوني اذا ظهر اجهاد القص بعلاقة خطية مع معدل القص ،أي ان اللزوجة لا تتعلق بمعدل القص .
حدود درجة حرارة الضخ :
يعمل هذا القياس على تحديد قابلية الزيت للجريان الى مدخل المضخة وتامين ضغط زيت كافي للمحرك خلال المراحل الاولى للتشغيل . ويتم تحديد هذه الدرجة باستخدام جهاز قياس اللزوجة الدوار .
Mini – Rotary viscometer ( MRV)
وذلك وفقا" لمقاييس الجمعية الامريكية للتجارب والمواد (ASTM ) . American Society for Testing and Materials
(D3829) + (D4684 ) ويحدد هذا القياس بدرجة الحرارة التي تبلغ عندها اللزوجة قيمة ( MRV:30000mpa .s ) او هو درجة الحرارة التي تبلغ عندها قيمة قوى القص المحدد بمقياس ( MRV) قيمة ( 105 pa) حسب ( D3829 ) او ( 315 pa) حسب
(D4684). ان القيم الاعظمية لقوى القص المحددة لقيم درجة حرارة الضخ الحديثة للزيوت ذوات الدرجة W ، محددة في تصنيف ( SAE j300) للزوجة .
اختبار لزوجة القص العالي ودرجة الحرارة العالية : ( HTHSV)
High Temperature High Shear Viscosity
تحت ظروف تشغيل المحرك يتم اختيار الزيت تحت شروط التشغيل ذات الاجهاد العالي ودرجة الحرارة العالية فتختلف اللزوجة كثيرا" عن تلك اللزوجة المحددة بواسطة مقياس اللزوجة الشعري او بواسطة مقياس اللزوجة ( مشابه التزليق المرفقي البارد ) Cold Cranking Simulator (CCS )
لذلك فان قياس ( HTHSV) يتم تحت ظروف جرت المحاولة لان تكون مشابهة للظروف التي ستتم مواجهتها في المحركاثناء التشغيل . يستخدم بشكل نظامي درجة الحرارة (150 Cº) ومعدل قص قدره 106 S-1 في قياس
( HTHSV) في نموذج خاص لقياس اللزوجة ( نموذج علبة فيلم )
. ( Cassette type viscometers)والتي تم تطويرهامن اجل هذا الهدف .
الان مقياس اللزوجة ( مشابه المضجع ذو التطييق المتدرج ) (TBS )
Tapered Bearing Simulator ومقياس اللزوجة
( Ravenfield viscometers) موجودان في الاسواق بشكل تجاري .
ثبات القص ( shear stability ) :
يتم تحضير زيوت المحركات ذوات الدرجة المتحددة باستخدام محسنات - (VI ) ذات الوزن الجزيئي العالي يمكن اثناء العمل في المحرك لهذه البوليميرات ان تتحلل نتيجة تاثير الحرارة أو الاكسدة او بتاثير القوى الميكانيكية ويعتبر التحلل بتأثير القوى الميكانيكية هو الاكثر اهمية هنا .
والنتيجة أن هناك فاقد غير قابل للتعويض بالنسبة الى طاقة التفليظ ( التثخين ) وبالتالي فان فاقد دائم باللزوجة سوف يحدث .
في تجربة بوش لتجهيزات حقن الديزل .
( DIN 51382 , CEC L -14 – A – 88 )
DIN : Deutsche Industrienorm
جدول المواصفات الصناعية النظامية الالمانية .
CEC : CO –ordinating European Council for the
Development of Performance Tests for Lubrieants and Engine Fuels
مجلس التنسيق الاوربي لتطوير معاييير أداء المزلقات ووقود المحركات .
يتم تحديد ثباتية القص بواسطة مرور الزيت (30 ) مرة عبر خانق حقن الديزل ( Nozzle) .
فاقد اللزوجة الدائم يمكن التعبير عنه بواسطة دليل ثبات القص
SSI = Vk – ( Vk ) s x 100
Vk – ( Vk )o
حيث ان SSI : Shear Stability Index
دليل ثبات القص
Vk : اللزوجة الكينماتيكية للزيت المحضّر مقدرة ب ( mm2 / s) .
(Vk )s : اللزوجة الكينماتيكية للزيت المحضر بعد تعرّضه المكانيكي للقص
( مروره 30 مرة عبر خانق حقن الديزل )
( Vk )o : اللزوجة الكينماتيكية للزيت المحضّر بدون استخدام
محسنات دليل اللزوجة – VI
دليل اللزوجة : VI : Viscosity Index
الفقد المؤقت للزوجة :
ان الزيت الذي يحتوي على محسنات دليل اللزوجة ( VI ) ليس بسائل نيوتوني لأن اللزوجة تتغير مع تغير معدل القص ، هذا يعني أن لزوجة الزيوت المغلظة بالبوليميرات تكون وتحت اجهادات القص العالية في المحرك أقل من اللزوجة المقاسة تحت ظروف القص المنخفض ، علاوة على ذلك فان فاقد اللزوجة لا يكون فاقد دائم لأن هذه التغيرات قابلة للانعكاس وتتوقف على اجهاد القص المطبق ، علاوة على ذلك فهي تعود كفاقد مؤقت في اللزوجة ويمكن التعبير عن ذلك بواسطة دليل ثبات القص المؤقت ( TSSI )
( TSSI ) : Temporary Shear Stability Index
TSSI = (Vd)o – Vd
(Vd)o – (Vd)oo
حيث :
( Vd)o : اللزوجة الديناميكية للزيت المحضر مقاسة تحت معدل قص منخفض وتقاس بواحدة ميلي باسكال × ثا . (mpa .s ) .
Vd: اللزوجة الديناميكية للزيت المحضر مقاسة تحت معدل قص عال وتقاس بواحدة ميلي باسكال
× ثانية ( mpa.s ) .
( Vd)oo: اللزوجة الديناميكة للزيت المحضر بدون استخدام محسنات دليل اللزوجة وتقاس بواحدة
( mpa.s) .
دليل اللزوجة :
رقم لا واحدة له يدل على اثر تغير درجة الحرارة على اللزوجة الكينماتيكية للزيت .ان دليل لزوجة عال يدل على تغير نسبي للزوجة الكينماتيكية مع تغير درجة الحرارة وهذا ما يظهر على مخطط
( Walther ) – مخطط ( ASTM ) .
يحسب دليل لزوجة الزيوت ضمن المجال (0 ) صفر و (100) مئة من العلاقة التالية
Viscocity Index = L –U × 100
L –U
حيث :
U : اللزوجة الكينماتيكية مقدرة بالسنتي ستوك centi stokes عند الدرجة ( 40 C°) للزيت الذي له يعود دليل اللزوجة المطلوب .
L : اللزوجة الكينماتيكية مقدرة بالسنتي ستوك عند الدرجة (40C°) لزيت ذو دليل لزوجة مساويا" صفر وله لزوجة كيناتيكية مساوي عند الدرجة (100C°) نفس لزوجة الزيت ذو دليل اللزوجة المطلوب .
H : اللزوجة الكينماتيكية مقدرة بالسنتي ستوك عند الدرجة ( 40C°) لزيت ذو دليل لزوجة قدره (100) وله عند الدرجة (100C°) نفس لزوجة الزيت ذو دليل اللزوجة المطلوب .
Y : اللزوجة الكينماتيكية مقدرة بالسنتي ستوك لزيت غير معروف عند الدرجة (100C°) .
قيم ((L)) و((H)) مقدمة في طبعة عام 1977 للقيم النظامية لمعهد IP للبترول وأنتاجه ،
الجزء الاول . ويحتوي على طرق للتحليل واجراء التجارب .
IP: instilute of petroleum
تحتوي تلك الطبقة على طرق نظامية قياسية لمعهد البترول IP226 /77 من اجل حساب دليل اللزوجة انطلاقا" من اللزوجة الكينماتيكية عند الدرجة (40C°) والدرجة (100C°) .
دليل اللزوجة بالنسبة للزيوت يعني وجود لزوجة تتغير مشكلة مع درجة الحرارة علامة خطية تماما" عند رسم مخطط .(( walther)) –ASTM المعروف حسب ASTM D341 .
في هذا المخطط يتم تمثيل log(v + 0.7) على الاحداثي الرأسي / محور العينات / حيث
((V)) هي اللزوجة الكينماتيكية مقدرة بسنتي ستوك أما المحور الافقي / محور السينات / فيتم عليه تمثيل قيم log T حيث أن T هي درجة حرارة التجربة على المقياس المدرج لدرجة الحرارة المطلقة
عند رسم مثل هذه الخريطة للزيوت التي تحتوي على محسنات دليل اللزوجة فانه كثيرا"ما نجد اننحناء بالمخطط ،لذا فان دليل اللزوجة يعتمد على قيم حدية ويمكن ان ينتج عنه استنتاج مضلل وخاصة اذا استخدم للتنبؤ بلزوجة الزيوت التي تحتوي على محسنات دليل الزوجة عند درجات حرارة خارج المجال(40C° to 100C°) .يحتوي الجدول التالي على تصنيف اللزوجة زيت المحرك اصدار
SAE j300 في شهر اذار عام 1991 .
ملاحظة : 1CP = 1mpa.s , 1est = 1mm2 S-1
(a)كل القيم الواردة هي قيم مواصفات حرجة تم تعيينها بواسطة ASTM D3244
(b)ASTM D2602( متعدد درجة الحرارة تم اصدار قيمه اعتمادا" على تجربة
Cold cranking simulator (CCS)
(a)(MRV TP-1) ASTM D4684
ملاحظة : ان وجود أي اجهاد ينتج اثناء التجربة يكون قابل للاكتشاف بواسطة هذه الطريقة ويشكل نقص غير ملحوظ في اللزوجة .
(b)ASTM D445 ( مقياس اللزوجة الشعري ) .
العلاقة بين اللزوجة المقاسة بواسطة جهاز (CCS) وبين القيم الحدية لدرجة حرارة الضخ .
ان الهدف من الجزء ذو درجة الحرارة المنخفضة لتصنيف J300 هو التأكد من الامكانيةالافضل وأن لزوجة الزيت منخفضة بشكل كاف وتسمح بالتدفق من المحرك الى الكرنك . هذه اللزوجة ستكون أيضا" منخفضة بشكل كاف يسمح بتدفق الزيت بعد تشغيل المحرك ، وفقا" لذلك فان اللزوجة المقاسة في ( cranking viscasity ) هي المقياس الاولي المستخدم من اجل تثبيت درجة الزيت(W)
يجب على الزيت ان يواجه ويتجاوز متطلبات عملية الضخ المتمثلة بأدنى درجة (W) تفي بالغرض ويتم تحديدها بواسطة مقياس اللزوجة المرفقي . اذا كانت درجة الزيت (W) المحددة بواسطة عملية الضخ أعلى من درجة الحد الادنى التي تفي بالغرض والمقاسة بواسطة التزليق المرفقي عندئذ يكون الزيت غير ملائم للاستخدام .
ملاحظة : الحاجة الى نقطة انصباب ثانية بأستثناء البيان الاستشاري الذي يفيد بوجود صيغة جديدة ، واضافات متغير أو زيوت اساس ثم فحصها للتأكد من أنها تقابل مسبقا" حدود ثابتة بالدرجة
-35C°)(كحد أعظمي لزيوت ذات الدرجة (5w) وكحد أعظمي (-30C°)
من اجل زيوت ذات درجة (10w) .
لقد نصح باستخدام الطريقة الاقدم MRV حسب D3829 وطريقة الحمام السائل
CEC L32 –A -87 بالاضافة الى طريقة ASTM D3684 وذلك عند تطوير صيغه جديدة من اجل تحقيق حماية ضد الحقيقة القائلة أنه لا يمكن لطريقة واحدة أن تكون قادرة على اكتشاف جميع المشاكل الكامنة في عملية الضخ .
نسخة منقحة من أصدار SAE j300 :
ان تضمين قيم (HTHSV) في الجدول يتم اقراره بواسطة
( Fuel and lubricants Division ) ( قسم الزيوت والوقود )
ويقود الى دمج حدود (HTHSV) على الشكل التالي :
ASTM D4624 , ASTM D4684 , ASTM D4741 , CEC L36 – A - 90(e)
(8)مواصفات لزوجة القص الغلي غير مطلوبة من اجل زيوت الدرجة الافرادية .
المزلقات السائلة الصناعية – تصنيفات ISO للزوجة :
ان هدف هذه المنظومة هوتثبيت سلسلة من مستويات اللزوجة الكينماتيكية المعرّفة التي تجعل المزلقات ومستخدميها ومصممي المعدات يحتلكون اساس عام موحذد ومنتظم من أجل تصميم أو اختبار المزلقات السائلة الصناعية تبعا"للزوجة الكينماتيكية المطلوبة في التطبيق الخاص ( الذي يتم دراسته وتصميمه ) .
ان تصنيف ايزو (ISO) نشأ وأنبثق كنتيجة لاجتماع وتضافر جهود الكثير من المعاهد القياسية العالمية وتم التصديق والموافقة عليها من قبل ( ASTM D2422) والمؤسسة القياسية البريطانية (BS 4321) والمعهد الالماني (DNA) .
لقد صدر هذا التصنيف في عام 1975 وحصل على قبول أعضاء (ISO) في الكثير من بلدان العالم .
لقد وضع تصنيف ايزو (ISO) اللزوجة على اساس القيمة المقاسة للزوجة الكينماتيكية عند درجة الحرارة (40C°) .
ان تصنيف (ISO) لا يحل محل SAE j300d المستخدم في تصنيف زيوت المحركات أو تصنيف ( SAE j306b) المستخدم في زيوت المسننات لكنه يغطي كامل مجال المزلقات السائلة الصناعية عن طريق تحديد (18) درجة لزوجة للزيوت النفطية أسست على مجال من السوائل أعتبارا"من لزوجة كينماتيكية قدرها 2mm2. S-1وحتى اللزوجة الكينماتيكية
150 mm2 .s-1 عند درجة الحرارة (40C°) .
لقد تم تأسيس هذا التصنيف انطلاقا" من مبدأ أن النقطة الوسطية للزوجة الكينماتيكية لكل درجة يجب ان تكون أعلى من النقطة السابقة المتقدمة عليها بمقدار 50% ويتم الفحص بالدرجة (40C°) ليكون ذلك ملائما"للمزلقات .
اللزوجات الكينماتيكية عند درجات حرارة أخرى مختلفة تم اعتبارها ضمن منحنيات :
اللزوجة / درجة الحرارة المحددة بواصفات دليل اللزوجة (VI) لزيوت التزليق .
جدول تصنيف اللزوجة ISO 3448 :
ISO : ( المؤسسة العالمية للمعايرة وتوحيد المقاييس )
I : هي رابطة اتحادية عالمية للمعاهد القياسية العالمية ( عناصر أعضاء ISO )
VG: تعني درجة اللزوجة (viscosity grade ) .