สถานที่ใกล้เคียง

3-2. ความหนืดของน้ำมัน

ความหนืดเป็นสิ่งสำคัญต่อการทำงานของน้ำมัน
ความหนืดเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดที่ควบคุมการทำงานของน้ำมันหล่อลื่น และเป็นตัวเลขที่แสดงถึง "ความเหนียว" หรือ "ความหนา" ของของเหลว ซึ่งหมายถึงความง่ายในการไหล ปรับความหนืดให้เหมาะกับวัตถุประสงค์ของคุณ

มาตรฐานความหนืด

น้ำมันที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น "น้ำมันแร่ (ปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอน = ส่วนประกอบจากธรรมชาติ)" และ "น้ำมันสังเคราะห์ (น้ำมันที่ผ่านการแปรรูปเทียมซึ่งไม่มีอยู่ในธรรมชาติ)"

การจำแนกความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรมตามมาตรฐาน ISO (JIS K 2001)
= เกรดความหนืด : 18 เกรด ระบุระหว่าง ISO VG2 และ ISO VG1500
ค่าตัวเลขของเกรดความหนืดคือค่ากึ่งกลางของความหนืดจลนศาสตร์ที่อุณหภูมิ 40°C อย่างไรก็ตาม สำหรับเกรดความหนืดต่ำ (ISO VG2, 3, 5, 7) ค่ากึ่งกลางของความหนืดจลนศาสตร์ที่อุณหภูมิ 40°C คือ 2.2, 3.2, 4.6 และ 6.8 ตามลำดับ โดยปัดเศษขึ้นเป็นจำนวนเต็ม ช่วงความหนืดจลนศาสตร์ที่อนุญาตสำหรับแต่ละเกรดความหนืดคือ ±10% ของค่ากึ่งกลาง

ความหนืดสัมบูรณ์
ความหนืดสัมบูรณ์คือแรงต้านทานที่กระทำต่อของไหล
ความหนืดจลนศาสตร์ (ความหนืดที่ใช้กันทั่วไป)
ความหนืดสัมบูรณ์หารด้วยความหนาแน่นของของเหลว โดยทั่วไปหน่วยวัดจะเป็นเซนติโตกส์ (cts) แต่ในหน่วย SI จะเป็นมิลลิเมตร ² /ส.

บทบาทของความหนืด

ตามที่แสดงในรูป (a) เมื่อพื้นผิวด้านล่างเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว U ของไหลจะถูกดึงเข้าไปในช่องว่างเนื่องจากความหนืด ทำให้โมเลกุลของไหลดันกัน ส่งผลให้เกิดแรงดัน
สิ่งนี้เรียกว่าการสร้างแรงดันเนื่องจาก "ปรากฏการณ์ฟิล์มลิ่ม" นอกจากนี้ แม้ในกรณีที่มีช่องว่างที่พื้นผิวทั้งสองขนานกัน ดังใน (b) หากช่องว่างลดลงที่ความเร็ว V ความหนืดของของไหลจะต้านทานการถูกดันออกจากช่องว่าง และจะเกิดแรงดันขึ้นด้วย สิ่งนี้เรียกว่าการสร้างแรงดันเนื่องจาก "ปรากฏการณ์ฟิล์มบีบ" หรือ "ปรากฏการณ์บีบ"
วิธีการหล่อลื่นที่รองรับภาระด้วยแรงดันที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าการหล่อลื่นของไหล
ในทั้งสองกรณี แรงดันที่เกิดจากทั้งสองผลกระทบจะเพิ่มขึ้นตามความหนืดของของไหล

การเปลี่ยนแปลงความหนืดตามอุณหภูมิ

ความหนืดของน้ำมันหล่อลื่น (น้ำมันไฮโดรคาร์บอน) เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามอุณหภูมิ ดังนั้นเมื่อมีการแสดงออกถึงความหนืด ก็ต้องแสดงอุณหภูมิที่แสดงความหนืดด้วย ต้องใช้แผนภูมิความหนืดจลนศาสตร์เทียบกับอุณหภูมิด้านล่างเพื่อพิจารณาความหนืดจลนศาสตร์เทียบกับอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่น
แกนตั้งแสดงความหนืดจลนศาสตร์และแกนนอนแสดงอุณหภูมิ การวาดเส้นตรงโดยให้แกนตั้งแสดงลอการิทึมของความหนืดจลนศาสตร์และแกนนอนแสดงลอการิทึมของอุณหภูมิ จะทำให้สามารถประมาณค่าความหนืดจลนศาสตร์ของน้ำมันนั้นที่อุณหภูมิอื่นๆ ได้
ดัชนีความหนืด VI เป็นค่าที่บ่งบอกถึงระดับการเปลี่ยนแปลงของความหนืดจลนศาสตร์ของน้ำมันหล่อลื่นอันเนื่องมาจากอุณหภูมิ
ในกราฟด้านล่าง ยิ่งความลาดชันของเส้นมากขึ้นเท่าใด การเปลี่ยนแปลงของความหนืดจลนศาสตร์อันเนื่องมาจากอุณหภูมิก็จะน้อยลงเท่านั้น
ค่า VI อิงตามข้อมูลเชิงประจักษ์ โดยน้ำมันดิบจากเพนซิลเวเนียซึ่งมีคุณสมบัติความหนืดและอุณหภูมิที่ดีเยี่ยม กำหนดให้ค่า VI เท่ากับ 100 และน้ำมันดิบจากชายฝั่งอ่าวเม็กซิโกซึ่งมีคุณสมบัติความหนืดและอุณหภูมิที่ไม่ดี กำหนดให้ค่า VI เท่ากับ 0 ดัชนีนี้ถูกกำหนดขึ้นเพื่อแสดงเป็นตัวเลขคงที่ว่าน้ำมันที่วัดได้นั้นอยู่ในประเภทใดระหว่างสองประเภทนี้

สูตรเชิงประจักษ์ต่อไปนี้ของ Walther ใช้กันอย่างแพร่หลายในการคำนวณความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและอุณหภูมิของน้ำมันไฮโดรคาร์บอน

ลอการิทึม log(v+k)=n-mlog T
v: ความหนืดจลนศาสตร์ [cSt]
T: อุณหภูมิสัมบูรณ์ [k]
k, m, n: ค่าคงที่ที่กำหนดโดยน้ำมัน
สูตรนี้ยังใช้ประมาณค่าความหนืดจลนศาสตร์ที่อุณหภูมิใดๆ ก็ได้

เมื่อพิจารณาเส้นตรงของน้ำมันตัวอย่าง 2 ชนิด คือ VI100 และ 200 ซึ่งมีความหนืดเท่ากันที่ 100°C เราจะเห็นว่าความหนืดเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอุณหภูมิ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ VI100)
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะเห็นได้ว่าความหนืดจลนศาสตร์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงอุณหภูมิต่ำ
อย่างไรก็ตาม ความหนืดที่วัดได้ที่อุณหภูมิต่ำสำหรับน้ำมันไฮโดรคาร์บอนจะเลื่อนไปเหนือเส้นนี้ ซึ่งหมายความว่าความหนืดของน้ำมันไฮโดรคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำจะมากกว่าค่าที่ประมาณได้จากกราฟด้วยซ้ำ