گرانروی یا ویسکوزیته روغنها و روانکارها در دماهای مختلف یکی از مهمترین معیارها برای بررسی عملکرد آنهاست. گرانروی متعادل مانع از سایش قطعات ماشینآلات روی یکدیگر میشود، اما اگر سیال روانکار مقداری غلیظتر یا رقیقتر از حد مورد نیاز باشد، روانکاری با مشکل مواجه میشود و سایش قطعات روی یکدیگر به آنها آسیب میرساند. تولیدکنندهها و مصرفکنندههای روغنها و روانکارها برای اطمینان از عملکرد این محصولات از آزمون ویسکوزیته داینامیک استفاده میکنند تا مطمئن شوند میزان گرانروی ماده در حد استاندارد است. در این مقاله بررسی میکنیم آزمون ویسکوزیته دینامیک چطور انجام میشود و برای انجام این تست به چه تجهیزاتی نیاز است.
آزمون ویسکوزیته دینامیک چیست؟
ویسکوزیته دینامیک یا گرانروی به معنی مقاومت یک سیال در برابر جاری شدن و تغییر حالت است. هرچقدر اصطکاک داخلی سیال بیشتر باشد، ویسکوزیته آن بالاتر است و دیرتر جاری میشود. به عبارت سادهتر سیالات ویسکوز، غلظت بیشتری دارند و سیالات دارای ویسکوزیته پایین، رقیقتر هستند. ویسکوزیته دینامیک هم به ویژگیهای سیال و ترکیبات آن بستگی دارد و هم شرایط محیطی مانند دما و فشار روی آن تأثیر میگذارد. نوع دیگری از ویسکوزیته که با نام «ویسکوزیته سینماتیک» شناخته میشود. ویسکوزیته سینماتیک نسبت ویسکوزیته داینامیک به چگالی سیال است. ویسکوزیته سینماتیک بیشتر برای جریانهای طبیعی مواد مثل گرانروی نفت خام کاربرد دارد، اما ویسکوزیته دینامیک برای اندازهگیری گرانروی سیالات در شرایطی مثل فشار بالا برای پمپها مورد استفاده قرار میگیرد.
تست ویسکوزیته روغن یا سایر روانکارها با دستگاههای مخصوص این آزمایش انجام میشود. در این تست میزان گرانروی سیالات مختلف از جمله روغنها و روانکارها در شرایط مشابه محیط واقعی عملکرد محصولات ارزیابی میشود. دستگاه ویسکومتر یا تست ویسکوزیته، قابلیت اندازهگیری گرانروی مواد در دماهای مختلف (از ۲۰ تا ۱۳۵ درجه سانتیگراد) را دارد.
استانداردهای مربوط به آزمون ویسکوزیته دینامیک
تجهیزات آزمایشگاهی نفت و پتروشیمی باید مطابق با استانداردهای بینالمللی طراحی شده باشند تا تستها را در شرایط درست انجام دهند و نتیجه آنها قابل استناد باشد. مهمترین استانداردهایی که برای آزمون ویسکوزیته دینامیک مورد استفاده قرار میگیرد، عبارتند از:
- ASTM D445: این استاندارد شرایط اندازهگیری ویسکوزیته سیالات شفاف و نیمهشفاف در دماهای ۴۰ و ۱۰۰ درجه سانتیگراد را اندازهگیری میکند.
- ASTM D2983: این استاندارد برای اندازهگیری گرانروی سیالات نفتی و روانکارها در دماهای پایین (کمتر از صفر درجه سانتیگراد) مورد استفاده قرار میگیرد.
- ISO 3104: استاندارد بینالمللی ایزو است که فاکتورهای مشابه استاندارد ASTM D445 دارد.
- ISO 3219: این استاندارد برای اندازهگیری ویسکوزیته دینامیک در شرایط چرخشی طراحی شده است و تأثیر گشتاور حرکت را نیز در اندازهگیری گرانروی در نظر میگیرد.
تجهیزات مورد استفاده در آزمون ویسکوزیته دینامیک
برای اندازهگیری گرانروی دینامیکی سیالات، دستگاههای مختلفی وجود دارد. دستگاه تست ویسکوزیته پارسیان تکنولوژی که در مدلهای Basic، Full و ECO در بازار موجود هستند، بهترین انتخاب برای اندازهگیری این کمیت محسوب میشوند. این دستگاهها در مدلهای تکحمام و دوقلو موجود هستند. سایر تجهیزاتی که برای اندازهگیری میزان گرانروی مایعات به آنها نیاز دارید، عبارتند از:
- ابزارهای نمونهبرداری مثل سیلندر که به برداشتن نمونه و قرار دادن آن در دستگاه بدون آلوده شدن کمک میکنند.
- دماسنج دیجیتال (در صورتی که دستگاه شما مجهز به دماسنج نیست)
- تجهیزاتی مثل همزن که برای یکنواخت کردن نمونه قبل از انجام آزمایش کاربرد دارند.
روش انجام آزمون ویسکوزیته دینامیک
در ادامه روش انجام تست ویسکوزیته دینامیک را بهصورت مرحلهبهمرحله توضیح میدهیم:
- نمونه را به روش استاندارد جداسازی کنید و در مخزن دستگاه بریزید. دقت داشته باشید که نمونه آزمایش باید نمایندهای از محصول اصلی شما با ویژگيهای مشابه باشد.
- نمونه را در حمام دستگاه قرار دهید و دمای آزمایش را مشخص کنید. بهتر است تست ویسکوزیته در دو دمای ۴۰ و ۱۰۰ درجه سانتیگراد و برای قیر در دمای ۱۳۵ درجه سانتیگراد انجام شود. با دستگاههای دوقلو که دو حمام مجزا دارند، سرعت انجام تست بیشتر میشود.
- بعد از ۳۰ دقیقه دمای نمونه با دمای حمام یکی میشود و باید آزمایش ویسکوزیته را شروع کنید.
- نمونه آزمایش از لوله مویین عبور میکند. مدت زمان عبور نمونه از لوله مویین برای اندازهگیری ویسکوزیته آن استفاده میشود.
- اکنون ویسکوزیته سیال روی صفحه نمایش به شما نشان داده میشود و امکان پرینت گرفتن اطلاعات نیز وجود دارد.
برای اطمینان از نتیجه آزمایش، بهتر است ویسکوزیته هر سیال را دوبار اندازهگیری کنید. همچنین دقت داشته باشید که نمونه کف نکرده باشد و آلوده نباشد. مقدار نمونهای که در دستگاه تست ویسکوزیته قرار میدهید نیز باید به اندازه باشد. وقتی حجم کم نمونه در دستگاه استفاده میشود، احتمال خطا در نتیجه وجود دارد.
کاربرد دستگاههای آزمون ویسکوزیته در صنایع مختلف
گرانروی دینامیک یکی از مهمترین مشخصههای روانکارها و فرآوردههای نفتی است. به همین دلیل اکثر واحدهای صنعتی این حوزه به دستگاه تست ویسکوزیته در آزمایشگاههایشان نیاز دارند. در ادامه لیست تعدادی از مهمترین کاربردهای تست ویسکوزیته دینامیک را توضیح میدهیم:
- ویسکوزیته دینامیک یکی از معیارهای تعیین کیفیت روغنها و روانکارهایی چون روغن موتور و روغن گیربکس است.
- تست ویسکوزیته برای تعیین سرعت و فشار انتقال سیالات در خطوط انتقال به کار میرود.
- ویسکوزیته مواد نفتی در فرایندهای پالایشگاهی مانند کراکینگ کاتالیستی اهمیت دارد.
- آزمایش ویسکوزیته برای تعیین خواص شیمیایی و مشخصات مواد پلیمری مورد استفاده قرار میگیرد.