Mašinski fakultet
akademska 2013/14. godina
Zenica
Ime i prezime: Lejla Huseinspahić Smijer: Inženjerski dizajn proizvoda
SEM I NA RSKI RAD iz
Tribologije TEMA: Viskozitet
MENTOR:
v.as.mr.sc Edin Begović
Z en i ca, dece decembar mbar 2013. 2013. godin e
Sadržaj 1. Uvod..................................................... ............................................................................ .............................................. ............................................. ......................................... ................... 3 ................................................................. ........................... .... 4 2. Trenje u tečnom sloju i Njutnov zakon viskoziteta .......................................... 2.1 Laminarni viskozitet ................................... ......................................................... ............................................. .............................................. .............................. ....... 5 2.2 Turbulenti viskozitet....................... viskozitet.............................................. .............................................. ............................................. ......................................... ................... 5 2.3 Efektivni viskozitet......................... viskozitet................................................ .............................................. ............................................. ......................................... ................... 6 3. Viskozitet i njegove promjene ............................................ .................................................................. ............................................ .................................. ............ 6 .................................................................. ............................................ ........................ 7 3.1 Dinamički i kinematski viskozitet ............................................ 3.2 Uticaj promjene viskoziteta na efikasnost podmazivanja ..................................... ..................................................... ................ 8 3.3 Indeks viskoziteta .............................. ..................................................... ............................................. ............................................. ...................................... ............... 8 4. Viskozitet materijala za podmazivanje .......................................... ................................................................ ............................................ ........................ 9 4.1 Viskozitet motornih ulja ................................. ....................................................... ............................................ ............................................. ........................... .... 9 4.2 Viskozitet hidrauli čnih ulja ........................................... ................................................................. ............................................ ................................ .......... 11 ................................................................ ............................................ .................................... .............. 11 4.3 Viskozitet sintetičkih ulja .......................................... 4.4 Viskozitet smjese ulja............................................ ................................................................... ............................................. ....................................... ................. 12 4.5 Viskozitet masti .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................ ............................ ...... 12 5. Ispitivanje viskoziteta maziva .................................. ........................................................ ............................................ ........................................... ..................... 14 6. Ispitivanje indeksa viskoziteta ....................................................... ............................................................................. ........................................... ..................... 17 17 Literatura ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ......................... .. 19
1. Uvod
Svuda tamo gdje se površine dva tijela dodiruju, a istovremeno se nalaze u procesu relativnog kretanja jedne u odnosu na drugu, dolazi do pojave otpora koji nastoji spriječiti kretanje. Ova pojava se naziva trenje. Imajući u vidu karakter pojave trenja i sile trenja, kao i činjenicu da sa njihovim povečanjem raste trošenje površna i potrebna energija za održavanje kretanja, u većini slučajeva trenje se nastoji eliminisati. Ovo se ne može u potpunosti ostvariti, ali je teoretski, eksperimentalno eksperimentalno i praktično dokazano da je trenje pod određenim uslovima moguće smanjiti na minimalnu veličinu. Nije uvijek cilj smanjenje smanjenje koeficijenta ili sile trenja. U velikom broju slučajeva ono se nastoji povečati. Ipak Ipak je trenje najčešće najčešće nepovoljna pojava Da bi se smanjila vrijednost koeficijenta trenja i sila trenja, između dvije površine se ubacuje
dodatni materijal. Općenito je moguće postići tri karakteristična slučaja kada se između tarnih površina stavi: -
Sloj dodatnog materijala (tečni, čvrsti, gasoviti) granične debljine , slika 1.a Niz kuglica, čim čime je prisutno trenje kotrljanja, slika 1.b Tečni ili gasoviti sloj čija je debljina veća od visine ispupčenja materijala, te je u procesu prisutno trenje u tečnom tečnom sloju, slika 1.c
Slika 1. Mogučnost i smanjenja koeficijenta trenja1
1
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 1979., str. 17
2. Trenje u tečnom sloju i Njutnov zakon viskoziteta
Prema slici 1.c, neophodno je obezbjediti debljinu tečnog sloja između površina veću od zbira dva najveća ispupčenja na donjoj i gornjoj površini. Dolazi do potpunog odvajanja površina, pa se pojave mogu matematički analizirati prema slici 2
Slika 2. Strujanje između dvije ploče2 Na slici 2., između nepokretne nepokretne ploče 1 i pokretne ploče 2 nalazi se sloj tečnosti t ečnosti debljine x. U
uslovima kada se gornja ploča kreće brzinom v=v 1 , a gornja ploča je nepokretna, pa je v=0, doći će do kretanja tečnosti. Sloj tečnosti koji se nalazi uz nepokretnu ploču će mirovati. Ostali slojevi tečnosti će imati brzinu čije je veličina ovisna o udaljenju sloja od nepokretne ploče. Ako udaljenost x i zmeđu ploča nije prevelika, ili ako brzina v 1 nije previsoka i ako nema uzdužnog gradijenta pritiska, u tečnosti se uspostavlja linearni profil brzine od 0 do v 1. Sila F proporcionalna je mjernom broju površine A gornje ploče, brzini v 1 i obrnuto proporcionalna udaljenosti ploča x. Na kretanje tečnosti se može primjeniti Njutnov zakon:
gdje su: F- sila koja dovodi do kretanja A- površina nepokretnih nepokretnih ploča -
dinamički viskozitet
V- brzina strujanja x- debljina sloja tečnosti
2
Grupa autora, Enciklopedijski leksikon Mozaik znanja, Mehanika fluia, „Interpres“, Beogra, 1970. , str 75
(1.)
2. 1 La m in ar ni vi sk o z it e t
Iz izraza (1.) možemo reći da je =
Njitnov zakon je valjan za veliku grupu grupu fluida. Ukoliko u izraz (1.) uvrstimo : A=1 i dv/dx=1, dobije se : F=
To znači da je za kretanje pokretne ploče 2 brzinom v, potrebna sila koja je po vrijednosti jednaka vrijednosti vrijednosti dinamičkog viskoziteta tečnog sloja. Iz ovog zaključka zaključka se može može uočiti da se kod kretanja tijela koji su u potpunosti odvojeni tečnim ili gasnim fluidom, sila trenja površine zamjen juje silom trenja koja se javlja unutar gasnog gasnog ili tečnog fluida. Brzina v i udaljenost između ploča,tj debljina sloja tečnosti, x moraju biti ograničeni da bi se osigurao slojevito, ili laminarno srtujanje tečnosti. Za procjenu da li je kretanje tečnosti laminarno ili turbuleno može se korisititi Rejnoldsov broj , koji se može izračunati prema izrazu:
R e=
=
(2.)
Gdje je: R e – Reynoldsov Reynoldsov broj v - srednja brzina kretanja tečnosti na određenom dijelu poprečnog presjeka d – unutrašnji – unutrašnji prečnik cjevovoda Q – protok protok tećnosti -
kinematski viskozitet
Kod vrijednosti Re koje su manje od kritične, kretanje je laminarno, a kod vrijednosti kod kojih je Re veće od kritične vrijednosti, kretanje kretanje je turbulentno. U glatkim čeličnim cijevima, cijevima, kakve se koriste u sistemima za podmazivanje, laminarnom režimu strujanja odgovara Re ≤ 2200 -2300, a turbulentnom režimu Re 2200-2300. Kod drugih uslova tećenja, na primjer kroz kanale, žljebolve, protočne otvore i drugo, Reynoldsov broj ima drugu, nižu vrije dnost od navedene. 2. 2 Tu rb u le nt i v is k o z it et
Laminarnost strujanja nije stabilna pojava i pri višim brzinama v ili većim razmacima x između ploča strujanje postaje turbulentno s osjetnim promjenama brzine strujanja i intenzivnim miješanjem makroskopskih gromada čestica fluida između udaljenih slojeva, dok za laminarno strujanje vrijedi uvjet da se izmjene čestica fluida između bliskih slojeva zbivaju u mikroskopskom mjerilu. Za turbulentni režim strujanja ne vrijedi Njutnov zakon viskoznosti, pa se anologno s njim izražava u obliku: t =t
N
Gdje t, za razliku od nije samo karakteristika fluida, nego zavisi od brzine i gustine fluida i naziva se turbulentni viskozitet.
2. 3 Ef ek ti vn i v is k oz it et Prema izrazu (2.), ukupni tangencijalni napon posljedica je kretanja molekula i turbulentnih promjena brzine
=(+t)
= ef = Nyx'
Gdje je tzv. efektivni viskozitet: ef =+t
jednak zbiru molekularnog i turbulentnog turbulentnog viskoziteta.
3. Viskozitet i njegove promjene Viskozitet je osobina koja ima za posljedicu opiranje tangencijalnom naponu. Pri normalnim
pritiscima viskozitet fluida zavisi isključivo od temperature temperature i to kod kod gasova raste, raste, a kod tečnosti tečnosti opada s porastom temperature, kao na slici 3.
Slika 3. Zavisnost viskoziteta od temperature 3
Kod tečnosti molekule su mnogo zbijenije nego kod gasova i kohezione sile su dominantne, dok kod gasova preovladav prenos količine kretanja usljed kretanja molekula. Pošto kohezija opada s porastom temperature, viskozitet tečnosti opada. Nasuprot tome, potasrt temeperature uzrokuje „življe“ kretanje molekula i veću razmjenu količine kretanja, prema tome, i veći viskozitet gasova.
3
Demiržid Ismet, Mehanika fluia. Prvi io, „Mašinski fakultet u Sarajevu“, Sarajevo, 1991. , str. 28.
3.1 Dinamičk i i kinematski viskozitet viskozitet Viskozitet je s viskoziteta:
karakteristikama toka fluida (tečnosti ili gasova) povezan povezan tzv. zakonom
=
(6.)
Gdje je tangencijalni napon, dv/dy gradijent brzine fluida u pravcu normalnom na pravac toka, a koeficijent proporcionalnosti je tzv. koeficijent dinamičkog dinamičkog viskoziteta.Jednica viskoziteta.Jednica mjere dinamičkog viskoziteta je Pas (Paskal -sekunda).
Odnos dinamičkog viskoziteta i gustine fluida naziva se kinematički viskozitet, čija je jedinica
mjere m2/s:
=
(7.)
U napuštenom sistemu CGS jedinica za dinamički koeficijenta viskoziteta je bila bil a poise, oeficijent viskoznosti je bila Stokes, 1 1P=1g/cms=0,1 1P=1g/cms=0,1 Pas, jedinica za kinematički k oeficijent 2 -4 2 St=1cm /s=10 m /s. U tehničkoj praksi te zastarjele jedinice još uvijek imaju određenu primjenu, jer se preko njih povezuju jedinice sistema SI sa viskozimetrijskom skalom SAE za motorna ulja.
Pored navedenih jedinica, koriste se još i : -
u Evropi ˚E (stepen Englera) u SAD-u SSU (Saybolt Universal Viscosity) u Velikoj Britaniji R" (Redwood No Viscosity)
Za preračunavanje jednih jedinica u druge, druge, a opet svih u cSt (mm 2/s) mogu se koristiti sljedeći obrasci:
˚E = 0,132 mm2/s
mm2/s = cSt = 7,58 ˚E
R"= 4,05 mm 2/s
R"= 30,7 ˚E
SSU = 4,62 mm 2/s
SSU = 35,11 ˚E
cSt =0,247 R"
cSt = 0,216 SSU
˚E = 0,0326 R"
˚E = 0,0285 SSU
SSU = 1,14 R"
R" = 0,0877 SSU
Pošto gustina fluida u općem slučaju varira i pritiskom i s temperaturom , to kinematski viskozitet, za razliku od dinamičkog, varira i sa pritiskom i sa temperaturom.
Slika 4. Zavisnost viskoziteta od temeperature 4
3.2 Uticaj promjene viskoziteta na efikasnost podmazivanja Poznato je da viskozitet fluida opada sa porastom temperature, a raste sa padom temperature. Idealno bi bilo kada bi viskozitet imao konstantnu vrijednost bez obzira na veličinu temeprature.
Promjena veličine viskoziteta ima bitan uticaj na intenzitet podmazivanja bez obzira da li se radi o hidrdinamičkom, elstohodrodinamičkom ili graničnom podmazivanju. Ovo je naročito značajno ukoliko su temperaturne promjene velike. Da bi se shvati značaj uticaja promjene veličine viskoziteta na efikasnost podmazivanja, odnosno na smanjenje habanja navodi se jedan karakterističan primjer. Vršena su ispitivanja intenziteta habannja motora sa unutr ašnjim sagorijevanjem koji je ugrađen na putničkom vozilu u raznim uslovima eksploatacije eksploatacije i došlo se do interesantnih rezultata. Trošenje elemenata motora sa unutrašnjim sagorijevanjem je najintenzivnije u vrijeme kada je viskozitet nizak u zimskim uslovima, uslovima, u prvim minutama rada za vrijeme dok se ne postigne radna temeperatura, kao i za vrijeme porasta temperature u toku
vožnje sa visokim brzinama na autoputevima kada viskozitet pada na nisku vrijednost. U toku vijeka trajanja jednog motora, u navedenim uslovima se lementi troše 70 -90%, a u toku normalnih uslova eksploatacije samo 10-30%. Date granice i podatke treba shvatiti kao orjentacione vrijednosti, a tačne ovise o režimu eksploatacije svakog motora posebno i kvaliteta izrade pojedinih elemenata.
3.3 Indeks viskozitet viskoziteta a Osobina brzine promjene viskoziteta sa promjenom temperature se naziva indeks viskoziteta i
označava se odgovarajućom odgovarajućom brojčanom vrijednošću. Što je svojstvo ulja lošije to je broj niži, i obratno. Dobra bazna ulja imaju relativno visoke vrijednosti indeksa viskoziteta, do 70.
Međutim, dodavanjem impruvera (aditivi za poboljšanje indeksa viskoziteta) ova vrijednost se može podići na 200. Općenito se može reći da se kod kvalitetnih hidrauličnih i zupčaničkih ulja 4
Demiržid Ismet, Mehanika fluia. Prvi io, „Mašinski fakultet u Sarajevu“, Saraje vo, 1991., str. 31.
indeks viskoziteta treba kretati u granicama 90 do 120, a kod motornih ulja njegova vrijednost
ovisi o tome da li se radi u monogradnim ili multigradnim uljima, a kreće se do 180. 4. Viskozitet materijala za podmazivanje
Ako se između dvije površine koje se nalaze u dodiru i relativno se kreću jedna u odnosu na drugu, umetne sl oj krutog, polutekućeg, tekućeg ili gasovitog medija i ukoliko su se zbog toga smanjili koeficijent trenja i slia trenja, tada govorimo o podmazivanju. Cilj podmazivanja je dakle smanjenje koeficijenta trenja i sile trenja, a kao posljedica toga je smanjen je utroška
energije i trošenja površina elementa. Neophodno je naglasiti da je to primjenom sredstva za podmazivanje moguće postići samo samo ako su i ostali ostali neophodni elementi, elementi, kao proračun proračun i konstrukcija elementa, izbor materijala, te pravilan režim mehaničke i termičke obrade zadovoljeni. Dakle, podmazivanje podmazivanje je samo jedan dio integralnog rješenja problema. Ovisno o tome kakav se postigne međusobni odnos površina koje se kreću, kao i u odnosu na način kako je to postignuto razlikujemo:hidrodinamičko razlikujemo:hidrodinamičko, elastohidrodinamičko i granično podmazivanje . Materijali za podmazivanje, ili maziva, imaju veoma važnu ulogu u tribološkom sagledavanju funkcije trenja, trošenja površina i utroška potrebne enrgije da bi se kretanje ostvarilo. Imaju zadatak da smanje koef icijent icijent trenja i trošenja, da doprinesu da vijek trajanja mašinskog elementa pojedinačno i mašine kao cjeline bude što duži, a da istovremeno količina energije potrebna za kretanje bude što manja. Maziva mogu mogu biti: a.) gasovita maziva b.) masna maziva ili ulja c.) mineralna maziva
d.) sintetička ulja i tečnost e.) mazive masti (polutečna maziva), f.) kruta maziva Gasovita maziva imaju kostantan viskozitet, dok masna maziva (ulja) imaju nisku vrijednost viskoziteta. Sintetička ulja odličnih svojstava podm azivanja imaju veoma visok indeks viskoziteta.
4.1 Viskozitet motornih ulja
Motorno ulje je stalno izloženo i zloženo velikim naponima smicanja, visokim temperaturama i nečistoćama (produkti saogrijevanja). Kod motora manje konstrukcije punjenj a ulja su relativno mala, pa je opterećenje znatno veće. Ovome doprinosi i takav trend razorja motoristike, da se nage i specifična opterećenja stalno povećavaju povećavaju a ukupni volumen i težina motora se neznatno povećavaju. povećavaju. Uprvo vrijeme razvoja konstrukcije motora sa unutrašnjim s agorijevanjem dovoljno je bilo da se ono izradi od kvalitetnog baznog ulja. Sve do 1926. Godine deklarisana su bila kao laka. Srednja
i teška, a podjela je bila prema veličini viskoziteta. Te godine američko udruženje inženjera koji su se bavili automobilistikom SAE (Society of Automotive Engineers) podijelio je ulja po viskozitetu na klase SAE 10, SAE 20, SAE 30, SAE 40 i SAE 50. Klasifikacija po SAE-u
ograničava ulje u odnosu odnosu na vrijednost viskoziteta. Vremenom Vremenom je SAE klasifikacija proširena sa viskozitetnim gradacijama za motorna ulja koja se mogu korititi u zimskom periodu : 5W, 10 W, 15 W i 20 W (po JUS-u oznake W se zamjenjuju sa oznakom Z).
Tabela 1. Klasifikacija motornih ulja ulja po viskozitetu J300 b i izdata od od strane SAE (Society (Society of Automotive Engineers) Viskoz Viskozitet itet u m /s -18˚C (0˚F)
99˚C(210˚F)
SAE viskozitetna klasa
min
max
min
max
5W
-
1300
-
-
10 W
1200
2600
-
-
15 W
2600
5200
-
-
20 W
2600
10500
-
-
20
-
-
5,7
9,6
30
-
-
9,6
12,9
40
-
-
12,9
16,8
50
-
-
16,8
22,7
Tabela 2. SAE
SAE
viskozitetna klasifikacija ulja za mjenjaće i diferencijale dif erencijale Maksimalna temperatura
Viskozitet na 99˚C(210˚F)
Za viskozitet viskozitet od 150 Pas
m /s (cSt)
viskozitetni broj
˚F
˚C
min
max
75 W
-40
-40
4,2
-
80 W
-15
-26
7,0
-
90
-10
-12
11,0
-
140
-
-
14,0
25
140
-
-
25,0
25
250
-
-
43,0
-
Na slici 5. prikazan je grafik promjene viskoziteta sa promjenom temperature kod monogradnih i multigradnih ulja i iz njega se vidi razlika u promjeni viskoziteta. Nanesena su viskozitetna područja za ulje SAE 50, 40, 30, 20, 10, 15W i 10W na temperaturama 100˚ -18˚C. Kako na ovim
temperaturama prema SAE klasifikaciji, svakoj SAE viskozitetnoj gradaciji odgovara određeno viskozitetno područje, to je prava promjena viskoziteta za monogradna ulja nacrtana za srednju vrijednost viskoziteta, unutar područja, koje je određeno minimalnim i maksimalnim propisanim viskozitetom. Prava promjena viskoziteta je dobijena kada se odgovarajuće vrijednosti viskoziteta na 100˚ C i -18˚C, međusobno spoje, te su na taj način dobijene v iskozitetne prave za ulje SAE 50, 40, 30, 20 i 10. Kod multigradnih multi gradnih ulja je viskozitet povišen, pa će primjer kod ulja SAE 20W- 40, viskozitet na 100˚C odgovarati viskozitetu ulja SAE 40, a na -18˚C će odgovarati viskozitetu ulja SAE 20W. Prava promjena vi skoziteta će se dobiti kada se viskoziteti na -18˚C i 100˚C međusobno spoje. Sa datog grafikona se može zaključiti i da prava promjene viskoziteta multigradnih ulja ima manji nagib od pravih viskoziteta monogradnih ulja.
Slika 5. Dijagram promjene viskoziteta kod multigradnih i monogradnih ulja u odnosu na temperaturu5
4.2 Viskozitet hidrauličnih ulja
Konstantnost vriednosti viskoziteta je posebno važna kod hidrauličnih sistema, obzirom da su u posljednje vrijeme izvanredne mogučnosti mogučnosti prenosa prenosa energije, uslovile veoma široku primjenu primjenu hidrauličnih sistema u raznim uslovima, između ostalog i temperaturnim. Kako se za nesmetan rad optimlne vrijednosti viskoziteta kreću u granicama od 20 do 60 cSt/50˚C, to ga je neophodno i obezbjediti u svim radnim uslov ima. Zbog toga hidraulična ulja moraju imati im ati viskoe vrijednosti indeksa viskoziteta.
4.3 Viskozitet sintetičkih ulja
Sve vrste sintetskih maziva imaju odlična svojstva podmazivanja, indeks viskoziteta je veoma visok, do 150. Tačka stisnjavanja je veoma nis ka, isparljivost ulja je mala, a imaju dobru termičku i oksidacionu stabilnost. Općenito viskozitetno-temperaturne karakteristike su im 5
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 1979., str. 72.
dobre, termička stabilnost je takođe dobra, ali je mazivost relativno slaba, te se najčešće koriste kao hidraulički medij u hidrauličnim sistemima u industriji, a naročito na automobilima. 4.4 Viskozitet smjese ulja
Kako bi se dobila odgovarajuća fizikalno -hemijska svojstva, vrši se miješanje baznih ulja različitog porijekla i baznih ulja iste vrste, ali različitog viskoziteta. Rezultat ovog miješanja je dobijenja više viskozitetnih gradacija ulja iste vrste. Na primjer, hidraulično ulja prema važećim standardima ima deset različitih viskozitetnih gradacija. Tih deset gradacija se dobije međusobnim miješanjem u određenim procentualnim odnosima samo tri vrste hidrauličnog ulja, sa najnižim, srednjim i najvišim viskozitetom. Mođusobno se mogu miješatu i već gotova gotova ulja različitog viskoziteta. Neophodno je samo proračunati potreban procentualni udio i nakon intenzivnog mi ješanja ješanja će se se dobiti traženi viskozitet. viskozitet. Za proračun proračun potrebnog procentualnog procentualnog udjela, koristi se izraz:
=
(8.)
Gdje su: - kinematski viskozitet smjese 1- kinematski viskozitet
komponente nižeg viskoziteta
2- kinematski viskozitet komponente višeg viskoziteta
m- sadržaj komponente nižeg viskoziteta u
zadanim jedinicama težine
n- sadržaj komponente višeg viskoziteta u zadanim
jedinicama težine
4.5 Viskozitet masti
imaju viskoznost. Viskozitet se, kako je već ranije navedeno, navedeno, može definisati prema Njutnovom Njutnovom zakonu: Masti, kao i svi materijali koji mogu da teku
=
(9.)
Kada se govori o materijalima iz oblasti podmazivanja, ulja spada u njutnovske (za koje važi Njutnov zakon viskoziteta), a masti u nenjutnovske (za koje ne važi Njutnov zakon viskoziteta) sisteme.
Ako se u jednačini (9.) zamijeni:
[N/cm2]- napon smicanja
[s-1]-brzina smicanja
(10.) (11.)
Ona prelazi u oblik:
=
(12.)
Viskozitet je dakle jednak odnosu napona smicanja i brzine smicanja. Ako se na ose Dekartovog koordinatnog sistema nanestu vrijednosti i D pri raznim uslovima tečenja, očito je da će kod njutnovskih sistema to biti prava linija, jer je =const. Prava promjena viskoziteta je prikazana na slici 6.
Slika 6. Prava viskoziteta kod njutnovskih sistema 6
V=
Gdje je: Q-brzina proticanja (cm3/s) V-količina (cm3) t- vrijeme (s) R- prečnik cjevovoda cjevovoda
(cm)
Δp- pad pritiska na dužini od 1 cm (dN/cm2) L- dužina (cm) -
6
viskozitet (gr/cm.s)
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 1979., str. 92.
(13.)
Poazov i Njutnov zakon se mogu primjeniti i na nenjutnovske sisteme, ali samo kod konstantnih
uslova tečenja. Kod svih nenjutnovskih sistema viskozitet ne predstavlja konstantnu veličinu, on se zbog toga naziva prividni viskozitet.
Masti za podmazivanje uglavnom spadaju u nenjutnovske sisteme, čiji viskozitet ne ovisi od vremena. To nisu sistemi koji mogu proticati beskonačno beskonačno malim veličinama napona smicanja. Tok promjene viskoziteta je prikazan na slici 7. I može se zaključiti da je vrijednost prividnog viskoziteta u bilo kojoj tački t ački jednaka:
p= i/Di
(14.)
Slika 7. Promjena viskoziteta kod bingamovskih plastika 7
Zvisnost između smicajnog napona i brzine smicanja D se može prema Osvald-Rajenu izraziti preko empirijske jednačine: =
KDn
(15.)
U datoj jednačini n je konstanta za određeni sistem (kod pseudoplastičnih sistema n<1, a kod diletantnih sistema n>1), a određuje stepen nenjutnovskog ponašanja i to tako što j e apsolutna vrijednost n manja, to su nenjutnovske osobine izrazitije. K je karakteristika konzistencije i to što je viskozitet veći, veći, veća je i vrijednost vrijednost K. 5. Ispitivanje viskoziteta maziva
viskozitet određivao empirijskim metodama, pri čemu su se mjerila postavljala proizvoljno. proizvoljno. U Evropi se viskozitet izražavao izražavao u ˚E (stepen Englera , ), u SAD-u u ˚SSU (stepenima Saybolta), a u Velikoj Britaniji u Redvudovim jednicama (No1 i No2) Sve do nedavno se
Vrijednost viskoziteta u ˚E se dobije tako što se mjeri vrijeme isticanja 200 cm 3 ulja na
određenoj temeperaturi iz posude (Englerov viskozimetar), u jednu baždarenu posudu. Dobijeno vrijeme se dijeli sa vremenom isticanja iste količine vode na istoj temepraturi, a do bijena 7
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 1979., str. 93.
vrijednost predstavlja viskozitet u ˚E. Kod Sayboltove i Redvudove metode mjerenja, izmjereno vrijeme isticanja predstavlja viskozitet u odgovarajućim odgovarajućim jedinicama. Proizvedena mineralna ulja imaju vrijednost viskoziteta u širokim granicama. Ukoliko b i se viskozitet svih ulja mjerio na jednoj istoj temperaturi, dolazilo bi do velikih grešaka, jer bi na temperaturi na primjer 50˚C, bilo bil o veoma teško mjeriti viskozitet jednog veoma viskoznog ulja. Zbog toga se viskozitet mjerio na temperaturama od 20, 50 i 100˚C i to na 20˚C kod ulja sa malim vrijednostima, na 50˚C kod ulja sa srednjim vrijednostima i na 100˚C kod ulja sa visokim vrijednostima viskoziteta. U SAD-u se viskozitet mjerio na 100˚F (37,8˚C) i 210˚F (98,9˚C). Opisani način mjerenja je imao nekol iko nedostataka: - mjerenje različitim metodama - mjerenje na raličitim temepraturama u SAD-u i Evropi - slaba mogućnost međusobnog upoređivanja dobijenih rezultata.
Zbog toga se prvo prešlo na mjerenje vrijednosti kinematskog viskoziteta. Da bi se uslovi mjerenja izjednačili, međunarodna organizacija organizacija za standarde ISO, izdala je propis da se viskozitet mjeri na 40 i 100˚C, što približno odgovara 100 i 210˚F. Kinematski viskozitet se izražava u odnosu na vrijeme proticanja ulja iz i z proširenja kroz kapilar u r ezervoar. ezervoar. Mjerenje se vrši u staklenoj epruveti, prema postupuku prikazanom na slici 8.
Slika 8. Postupak mjerenja konematskog viskoziteta 8
8
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 1979., str. 114.
Postupak mjeranja se odvija prema slijedećem: 1. uzorak ulja iz posude (1) se usisava u staklenu epruvetu (2.) pritiskom na gumenu kuglu (3)
2. staklena epruveta se postavi u drugu posudu, koja je j e napunjena tekućinom temperature 40 ili 100˚C, i to u položaj koji je prikazan na slici 8.b, nakon čega će ulje isteći u donje proširenje 3. na gornji otvor se ponovo stav i gumena kugla kao što je prikazano na slici 8.c, i pumpanjem se
ulje digne do nivoa koji je nešto iznad oznake start 4. gumena kugla se skida i ulje ponovo počinje da teće iz gornje komore u donju, slika 8.d 5. mjeri se vrijeme isticanja ulja od nivoa sta rta do nivoa koji je označen sa stop, množi se
standardizovanom standardizovanom konstantom i dijeli se specifičnom gustinom. Dobijena vrijednost predstavlja kinematski viskozitet ulja. U toku eksploatacije ulja, viskozitet se mijenja i to tako da sa vremenom njegova vrijednost
postepeno raste. Općenito, njegov njegov porast se može može tolerisati do 10%, a kod porasta viskoziteta viskoziteta paralelno moraju rasti i vrijednosti specifične specifične težine i neutralizacionog neutralizacionog broja. Veličina viskoziteta se može izmjeriti i na Linkolnovom viskozimetru. Hidr aulična aulična sema Linkolnovog viskozimetradata viskozimetradata je na slici sli ci 9. Iz rezervoara (2), pumpa (1) usi sava i potiskuje ulje
u hidraulični cilindar (5). Pritisak ulja se ograničava preko ventila za ograničenje pritiska (3) , kapacitet pumpe preko ventila za rekulaciju k apaciteta apaciteta (4). U hidrauličnom cilindru (5) je smješten klip, koji odvaja gornju komoru sa uljem ulj em od donje komore u kojoj je smještena mast čiji se viskozitet mjeri. Na dnu hidrauličnog cilindra je smještena kapilara, kod koje je tačno određena veličina prečnika, kao i odnos prečnika i dužine. Postoji čitava serija kapilara, različitih dimenzija. Pritisak ulja se prenosi preko klipa na mast, koja će ovisno o dotoku ulja u cilindar, isticati određenom brzinom u posudu (6). Slijedi postupak mjerenja težine mast i koja je iz cilindra istekla za određeno vrijeme, a na osnovu tog t og podatka i veličine kapilare odredit će ce veličina viskoziteta u datim uslovima tećenja.
Slika 9. Hidraulična šema Linkolnovog viskozimetra9
9
Savid Vlaimir, Uljna hiraulika. Hiraulične komponente i sistemi, „Dom štampe“, Zenica , str. 50.
Rotacioni viskozimetar je konstruiran na potpuno drugačijem principu. Iskorišten je zakon da je
brzina medija koji koji se nalazi u neposrednom neposrednom kontaktu kontaktu sa drugom površinom jednaka brzini koju ima ta površina. Na jednoj niti (slika 10.), koja je sa gornje strane pričvršćena za čvrst nosač, nosač, obješen je valjak (1) koji se nalazi unutar cilindra (2). Između njih je smješten uzorak masti čiji se viskozitet mjeri. Cilindar (2) rotira ugaonom brzinom koja se može mijenjati, a sloj masti koji je neposredno neposredno uz njegovu unutrašnju unutrašnju površinu takođe takođe rotira istom ugaonom ugaonom brzinom, koja se se prenosi u unutrašnjost unutrašnjost uzorka prema prema valjku (1) po zakonu zakonu promjene viskoziteta odgovrajućeg odgovrajućeg reološkog sistema. U uslovima ograničene brzine, raspored brzina strujnica će biti prema šemama na slikama 10.a (ulje), 10.b (bingamovski plastik), 10.c (pseudoplastični sistem) i 10.d (diletantni sistem). Kod povećanja brzine rotacije cilindra (2) mijenja se ugao zakretanja valjka (1), te se na osnovu dobijenih podataka može nacrtati dijagram promjene viskoziteta. Danas postoje konstrukcije viskozimetara kod kojih se dijagram dijagram crta automatski na grafikonu.
Slika 10. Šema rotacionog viskozimetra 10 6. Ispitivanje indeksa viskoziteta U vrijeme kada se pojam indeks viskoziteta uveden, dogovoreno je bilo da ulje proizvedeno iz
nafte koja je izvađena u Pensilvaniji IV=100, a ulje proizvedena iz nafte sa Gulfske obale u SAD-u da imaju IV=0. Prva su ulja parafinska, a druga naftenske osnove. Navedene dvije vrste ulja su imale granične vrijednosti IV, a ulja izrađena od ostalih vrsta nafte su imala vrijednosti IV, koje su se nalazile između 0 i 100.
Usavršavanje Usavršavanje tehnologije i pronalaskom aditiva za poboljšanje vrijednosti IV, došlo je do porasta istog preko 100, te su utvrđeni utv rđeni kriteriji izgubili svaki smisao. Danas se IV dobija proračunom na osnovu izmjerenih vrijednosti viskoziteta druga dva ulja. Naime uvijek su poznate vrijednosti viskoziteta druga dva ulja, u odnosu na koja se proračunava IV trećeg ulja. Grafik kojeg se isti računa dat je na slici 11, gdje su: 1 i 2- promjena viskoziteta poznatih ulja 3- promjena viskoziteta nepoznatog ulja L, U, H-
10
viskoziteti 1, 2 i 3 na 37,8˚C .
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 1979., str. 117.
Slika 11. Grafički prikaz promjene viskoziteta kod proračuna IV 11 Ulja označena sa 1, 2 i 3 imaju istu vrijednost viskoziteta 37,8˚C, a na temperaturi 100˚C imaju vrijednosti viskoziteta koji su jednaki L, U i H. Indeks viskoziteta se izračunava u odnosu na izračunate vrijednosti viskoziteta na 100˚C prema formuli:
IV=
(16.)
Za praktično izračunavanje koriste se tablice na osnovu kojih se IV za treće ulje direktno očitava u odnosu na poznate vrijednosti L, U i H.
11
Savid Vlaimir, Tribologija, „Univerzitet „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenici“, Zenica, 19 79., str. 118.
Literatura
1. 1991.
Demirdžić Ismet, Mehanika fluida. Prvi dio, „Mašinski fakultet u Sarajevu“, Sarajevo,
2.
Ekinović dr. Sabahudin, Osnovi tribologije i sistema podmazivanja, Zenica, 2000.
3. Grupa autora, Enciklopedijski leksikon Mozaik znanja, Mehanika fluida, Beograd, 1970.
„Interpres“,
Grupa autora, Inženjersko -mašinski priručnik. Knjiga druga, „Zavod za udžbenike i nastavna sredstva“ 4.
Hajdin Georgije, Mehanika fluida. Kjiga prva, „Građevinski fakultet univerziteta u Beogradu“, 1980. 5.
6. Savić Vladimir, Tribologija, „Univerzitet u Sarajevu, Mašinski fakultet u Zenica, 1979. 7. Savić Vladimir, Uljna hidraulika. Hidraulične komponente i sistemi, Zenica
Zenici“,
„Dom štampe“,
