índice de viscosidade – um parâmetro chave do fluido de trabalho ou de gás. Em termos físicos, a viscosidade pode ser definida como a fricção interna provocada pelo movimento das partículas que constituem a massa do meio líquido (gasoso), ou, mais simplesmente, a resistência ao movimento.
Qual é a viscosidade
Uma determinação experiência empírica viscosidade simples: a superfície inclinada suave vertida simultaneamente em uma quantidade igual de água e óleo. A água flui óleo mais rápido. É mais fluido. Movendo-se rapidamente drenar o óleo impede uma fricção maior entre as suas moléculas (resistência interna – viscosidade). Assim, a viscosidade do fluido inversamente proporcional à sua fluidez.
índice de viscosidade: a fórmula
Em uma forma simplificada do processo de fluido viscoso na tubagem podem ser consideradas como camadas paralelas planas A e B, com a mesma área de superfície S, a distância entre os quais é a magnitude de h.
Estas duas camadas (A e B) mover-se com velocidades diferentes (V e V? V +). Uma camada que tem a mais alta velocidade (V + AV), envolve o movimento da camada B, que se deslocam a uma velocidade mais lenta (V). Ao mesmo tempo a camada B tende a abrandar a velocidade da camada A. O significado físico do coeficiente de viscosidade é que o atrito das moléculas que constituem a resistência ao escoamento das camadas forma uma força que Isaak Nyuton descrito pela seguinte fórmula:
F = μ × S × (? V / h)
aqui:
- ? V – diferença entre a velocidade de movimento das camadas de escoamento de fluido;
- h – a distância entre as camadas de transmissão de líquidos;
- S – área de superfície da camada de fluxo de fluido;
- μ (mu) – factor de acordo com as propriedades de um líquido, chamado absoluto viscosidade dinâmica.
Em unidades SI fórmula é a seguinte:
μ = (F × h) / (S ×? V) = [Pa x s] (× Pascal segundo)
Onde F – a força da gravidade (peso) unidade de volume do fluido hidráulico.
valor de viscosidade
Na maioria dos casos, o coeficiente de viscosidade dinâmica é medida em centipoise (cP), em conformidade com os CGS sistema (centímetro, grama, segundo). Na prática, a viscosidade da proporção em massa de líquido está relacionada com o seu volume, isto é, densidade líquida:
ρ = m / V
aqui:
- ρ – densidade do líquido;
- m – massa de fluido;
- V – volume de líquido.
A relação entre a viscosidade dinâmica (μ) e densidade (ρ) é chamado uma viscosidade cinemática ν (ν – grego – nu):
ν = μ / ρ = [m 2 / s]
Aliás, os métodos para a determinação do coeficiente de viscosidade são diferentes. Por exemplo, a viscosidade cinemática ainda é medido de acordo com o sistema de GHS em centistokes (cSt) e de quantidades submúltiplos – Stokes (ST):
- 1 Classe = 10 -4 m 2 / s = 1 cm2 / s;
- 1sSt = 10 -6 m 2 / s = 1 mm2 / s.
Determinação da viscosidade da água
coeficiente de viscosidade de água é determinada medindo o tempo de fluxo de fluido através do tubo capilar calibrado. Este dispositivo é calibrado usando um líquido de viscosidade padrão conhecido. Para determinar a viscosidade cinemática, medido em mm 2 / s, o tempo de escoamento do fluido, medido em segundos, é multiplicado por um valor constante.
Tal como uma unidade de comparação é utilizada a viscosidade de água destilada, cujo valor é quase constante, mesmo quando as mudanças de temperatura. Viscosidade – uma proporção do tempo em segundos que é necessária volume fixo de água destilada para o termo de um orifício calibrado, para o mesmo valor para o líquido de teste.
viscosímetros
A viscosidade é medida em graus Segundos Engler (E °) Saybolt Universal ( "SUS) ou graus Redwood (° RJ), dependendo do tipo de reómetro. Três tipos de viscosetros diferem apenas na quantidade de fluxo meio líquido.
Viscosímetro medição da viscosidade em unidades Europeia graus Engler (° E), calculado para 200 cm3 de fluir meio líquido. Viscosímetro medição da viscosidade em segundos Saybolt Universal ( "SUS ou" SSU), utilizados nos Estados Unidos, contendo 60 cm3 de líquido de teste. Em Inglaterra, onde utilizado graus Redwood (° RJ), conduz viscosímetro medir a viscosidade de 50 cm 3 de líquido. Por exemplo, Se 200 cm3 de um óleo flui a dez vezes mais lentas do que a mesma quantidade de água, a viscosidade é de 10 ° Engler E.
Uma vez que a temperatura é um factor chave na mudança da relação de viscosidade, as medições são geralmente realizada inicialmente a uma temperatura constante de 20 ° C e, em seguida, nos seus valores mais elevados. O resultado, portanto, é expressa pela adição de uma temperatura adequada, por exemplo, 10 ° E / 50 ° C ou 2,8 ° E / 90 ° C. viscosidade do líquido a 20 ° C mais elevada do que a sua viscosidade a temperaturas mais elevadas. óleos hidráulicos têm uma viscosidade às seguintes temperaturas respectivas:
190 cSt a 20 ° C = 45,4 cSt a 50 ° C = 11,3 cSt a 100 ° C.
valores de translação
Determinação de viscosidade ocorre em sistemas diferentes (American, britânica, GHS) e, portanto, são muitas vezes necessários para traduzir os dados a partir de um sistema de medição para o outro. Para converter os valores de viscosidade do fluido expresso em graus Engler em centistokes (mm2 / s) através da seguinte fórmula empírica:
ν (cst) = 7,6 × ° E × (1-1 / ° E3)
Por exemplo:
- 2 ° E = 7,6 × 2 × (1-1 / 23) = 15,2 × (0,875) = 13,3 cSt;
- 9 ° E = 7,6 × 9 × (1-1 / 93) = 68,4 × (0,9986) = 68,3 cSt.
A fim de determinar rapidamente a viscosidade padrão de fórmula hidráulico pode ser simplificado de óleo da seguinte forma:
ν (cst) = 7,6 × ° E (mm2 / s)
Tendo viscosidade cinemática ν em mm 2 / s ou cSt, ele pode ser convertido em um coeficiente de viscosidade dinâmica μ, utilizando a seguinte relação:
μ = ν × ρ
Exemplo. Resumindo várias fórmulas tradução graus Engler (E) ° centistokes (cSt) e centipoises (cps), suponha que o óleo hidráulico, com uma densidade ρ = 910 kg / m 3 tem uma viscosidade cinemática de 12 ° E, em unidades de centistokes:
ν = 7,6 × 12 × (1-1 / 123) = 91,2 x (0,99) = 90,3 mm 2 / s.
Desde 1sSt = 10 -6 m 2 / s e 1br = N × 10 -3 S / m 2, então a viscosidade dinâmica será igual a:
μ = ν × ρ = 90,3 x 10 -6 · 910 = 0,082 × N s / m 2 = 82 cPs.
coeficiente de viscosidade do gás
Ela é determinada pela composição (química, mecânica) de gás a uma temperatura e pressão aplicada nos cálculos de gás-dinâmico associados com o movimento de gás. Na prática, a viscosidade do gás é levado em conta no desenvolvimento de criação de campos de gases, em que o cálculo é realizado alterações coeficiente dependendo das mudanças de composição do gás (especialmente importantes para os depósitos de condensado de gás), temperatura e pressão.
Calculamos o coeficiente de viscosidade de ar. Os processos serão semelhantes aos descritos acima os dois fluxos de água. Suponha paralelo movendo dois gás fluxos U1 e U2, mas em taxas diferentes. Entre as camadas de convecção ocorrerá moléculas (interpenetração). Como resultado, o momento de fluxo de ar mais rápido em movimento vai diminuir e, inicialmente, movendo-se lentamente – acelerado.
O coeficiente de viscosidade de ar, de acordo com a lei de Newton, expressa pela seguinte fórmula:
F = × -h (dU / dZ) × S
aqui:
- dU / dZ é o gradiente de velocidade;
- S – área de força de impacto;
- Factor H – a viscosidade dinâmica.
índice de viscosidade
Índice de viscosidade (VI), – um parâmetro de correlacionar a alteração na viscosidade e temperatura. A correlação é uma dependência estatística, neste caso, os dois valores em que a mudança de temperatura é acompanhada por variação sistemática da viscosidade. Quanto maior o índice de viscosidade, menor será a mudança entre os dois valores, isto é, a viscosidade do fluido de trabalho é mais estável com a temperatura.
A viscosidade dos óleos
Nos fundamentos do índice de viscosidade do óleo moderno de menos do que 95-100 unidades. Assim, em máquinas e equipamento hidráulico pode ser usado suficientemente fluidos estáveis que restringem ampla variação na viscosidade sob condições de temperaturas críticas.
coeficiente "favoráveis" de viscosidade pode ser mantida pela introdução de um óleo de aditivos especiais (polímeros) obtidos por destilação de petróleo. Eles aumentam o índice de viscosidade do óleo, limitando as mudanças nas características da gama permissível. Na prática, a introdução da quantidade necessária de aditivos do óleo de base de baixo índice de viscosidade pode ser aumentada para 100-105 unidades. No entanto, mistura assim obtida foi prejudica as suas propriedades sob alta pressão e a carga de calor, reduzindo assim a eficácia do aditivo.
Em circuitos de alimentação deve ser utilizado poderosos fluidos hidráulicos com um índice de viscosidade de 100 unidades. Fluidos que contêm aditivos que aumentam o índice de viscosidade, são usados nos circuitos de controlo hidráulico e outros sistemas que operam na gama de pressão baixa / média, em um número limitado de modificações faixa de temperatura com pequenas fugas e descontínua. Como a pressão aumenta e a viscosidade aumenta, mas o processo ocorre a pressões superiores a 30,0 MPa (300 bar). Na prática, esse fator é muitas vezes negligenciada.
Medição e indexação
De acordo com as normas internacionais ISO, a viscosidade da água (e outros líquidos) é expressa em centistokes: cSt (mm2 / s). As medições de viscosidade óleos de processo deve ser realizada a temperaturas entre 0 ° C, 40 ° C e 100 ° C. Em qualquer caso, o código de marca de viscosidade do óleo deve ser indicado com o numeral 40 ° C. Longe viscosidade é dada a 50 ° C. Marcas, na maioria das vezes usados em engenharia hidráulica, variam de 22 a ISO VG VG 68 ISO.
VG óleo hidráulico 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 a uma temperatura de 40 ° C possuem viscosidades correspondentes à sua rotulagem: 22, 32, 46, 68 e 100 cSt. A viscosidade cinemática óptima do fluido de trabalho nos sistemas hidráulicos encontra-se na gama de 16 a 36 cSt.
American Society of Automotive Engineers (Society of Automotive Engineers – SAE) estabeleceu faixas de viscosidades a temperaturas específicas e códigos apropriados atribuídos a eles. O número que se segue a letra W, – um coeficiente de viscosidade dinâmica μ absoluto a 0 ° F (-17,7 ° C), e a viscosidade cinemática ν determinado a 212 ° F (100 ° C). Essa indexação em conta óleos multissérie utilizados na indústria automóvel (a transmissão, do motor, e assim por diante. D.).
O efeito da viscosidade na obra hidráulica
A determinação da viscosidade do fluido não é único interesse científico e educacional, mas também carrega significado prático importante. Os fluidos hidráulicos não só transferir a energia a partir da bomba para o motor hidráulico, mas também para lubrificar todas as partes e componentes é retirada a partir dos pares de fricção de calor gerado. não corresponde ao trabalho da viscosidade do fluido de trabalho pode perturbar seriamente a eficácia do sistema hidráulico.
A alta viscosidade do fluido de trabalho (óleo de muito alta densidade) leva aos seguintes efeitos negativos:
- O aumento da resistência ao fluxo do fluido hidráulico provoca excessiva queda de pressão no sistema hidráulico.
- Desaceleração de controlo de velocidade e os movimentos mecânicos dos actuadores.
- Desenvolvimento de cavitação da bomba.
- Zero ou muito baixo de libertação de ar a partir do tanque de óleo hidráulico.
- Uma perda notável de potência (eficiência de redução) da hidráulica, devido ao elevado custo da energia para superar o atrito interno do fluido.
- Aumento do torque do motor principal da máquina causada pelo aumento da carga sobre a bomba.
- O aumento de temperatura do fluido hidráulico gerado pelo atrito.
Deste modo, o significado físico do coeficiente de viscosidade está na sua impacto (positivo ou negativo) sobre os componentes e mecanismos de veículos, máquinas e equipamentos.
Perda de potência hidráulica
A baixa viscosidade do fluido de trabalho (óleo de baixa densidade) provoca os seguintes efeitos negativos:
- Queda eficiência volumétrica das bombas como um resultado do aumento das fugas internas.
- O aumento na fuga interna de componentes hidráulicos em todo o sistema hidráulico – bombas, válvulas, válvulas, motores hidráulicos.
- Um maior desgaste das unidades de bombeamento e bombas devido à interferência insuficiente viscosidade do fluido hidráulico necessário para a lubrificação de peças de fricção.
compressibilidade
Qualquer líquido sob pressão é comprimido. No que se refere a óleos, lubrificantes e refrigerantes usados no sistema hidráulico de engenharia mecânica, empiricamente, que descobriram que o processo de compressão é inversamente proporcional à massa de fluido no seu volume. A quantidade de elemento de compressão para óleos minerais são significativamente mais baixos para a água e muito mais baixa para os fluidos sintéticos.
Na baixa pressão compressibilidade do fluido hidráulico simples efeito negligenciável sobre a redução do volume inicial. Mas poderosas máquinas com alta pressão cilindros de acionamento hidráulico e grande, este processo manifesta-se visivelmente. Em hidráulico óleo mineral a uma pressão de 10,0 MPa (100 bar), o volume diminui de 0,7%. Neste caso, um mudança no volume de compressão a uma pequena extensão influenciar a viscosidade cinemática e tipo de óleo.
conclusão
Determinação da viscosidade permite prever o funcionamento do equipamento e máquinas sob várias condições, tendo em conta as alterações na composição do fluido ou do gás, a pressão, a temperatura. Além disso, o controlo dos indicadores relevantes para a indústria do petróleo e do gás, utilidades e de outras indústrias.