Proprietatile fizice ale lubrifiantilor sunt masurate prin caracteristici precum vascozitatea, stabilitatea la frecare, performanta la temperaturi ridicate si scazute, rezistenta la apa si volatilitatea.
Cercetarea in materie de lubrifiere incearca sa optimizeze performanta unui lubrifiant prin gestionarea acestor proprietati folosind diferite uleiuri de baza si aditivi.
Vascozitatea unui lubrifiant si modul in care acesta se modifica la diferite temperaturi si conditii de functionare este una dintre cele mai importante proprietati ce determina performanta si protectia oferita de uleiul de motor.
Ce este vascozitatea uleiului de motor?
Vascozitatea este un indicator al coeziunii interne a unui ulei, fiind cunoscuta si sub denumirea de rezistenta la curgere.
Vascozitatea este definita ca fiind egala cu stresul de forfecare/rata de forfecare.
Cand asupra unui fluid actioneaza forte externe, cum ar fi gravitatia, moleculele din fluid incep sa se miste unele impotriva altora, rezultand o frecare la nivel molecular ce rezista curgerii. Cu cat frecarea interna este mai mare, cu atat vascozitatea fluidului este mai mare.
Uleiurile cu vascozitate mare au molecule cu o capacitate mai mare de coeziune (o rezistenta mai mare la curgere), in timp ce uleiurile cu vascozitate redusa au o capacitate de coeziune mai mica (rezistenta scazuta la curgere), permitand sa apara viteze mai mari de curgere.
Modul in care vascozitatea unui fluid reactioneaza la schimbarile de temperatura si de presiune determina cat de bine poate indeplini un fluid functiile de baza ale unui lubrifiant.
De ce conteaza vascozitatea uleiului de motor?
Lubrifiantii sunt utilizati in general pentru a separa partile mobile ale unui sistem. Ei reduc frecarea, deteriorarea suprafetei prin stres, caldura, zgomot si vibratii. Lubrifiantii au capacitatea de a face acest lucru formand o bariera fizica intre componentele in miscare.
Cand uleiul se incinge, vascozitatea acestuia este redusa, ceea ce ii reduce capacitatea de incarcare. Vascozitatea se modifica in functie de sarcina si de temperatura.
Cand temperatura creste, lubrifiantul devine mai subtire, iar vascozitatea se reduce. In schimb, pe masura ce temperatura scade, lubrifiantul se ingroasa iar vascozitatea creste, ceea ce face mai dificila turnarea sau pomparea.
Ingrosarea creste capacitatea lubrifiantului de incarcare, insa capacitatea acestuia de a circula este afectata semnificativ. Pe de alta parte, lubrifiantii devin mai subtiri atunci cand sunt incalziti, ceea ce scade capacitatea lor de incarcare si de a preveni contactul metal-metal.
Presiunea extrema poate reduce si ea vascozitatea – forfecare mecanica – scazand rezistenta filmului lubrifiantului si capacitatea de a preveni contactul metal pe metal si uzura.
Insa incercarea de a contracara acest lucru prin alegerea unei vascozitati mai mari poate provoca o situatie in care motorul nu va primi suficient ulei, pentru ca acesta nu va curge liber prin pasaje mai mici. Vascozitatea adecvata pentru destinatia dorita este esentiala pentru a te asigura ca uleiul circula corespunzator si asigura o forta adecvata a peliculei sub presiune.
Indicele de vascozitate
Indicele de vascozitate (VI) este o masura a schimbarii vascozitatii uleiului ca urmare a modificarilor de temperatura.
Cu cat indicele de vascozitate este mai mare, cu atat uleiul se va ingrosa mai putin la frig, si cu atat se va subtia mai putin cand este incalzit.
Un VI ridicat (peste 95) indica faptul ca fluidul sufera o modificare mica a viscozitatii din cauza fluctuatiilor de temperatura, in timp ce un VI scazut indica o modificare relativ mare a viscozitatii.
Fluidele cu un VI ridicat ofera mai multa protectie componentelor critice intr-un interval larg de temperaturi, prin mentinerea grosimii fluidului si a barierei necesare de fluide intre componente.
Testul indicelui de vascozitate (ASTM D2270) se bazeaza pe vascozitatea cinematica a fluidului la 40°C (104°F) si 100°C (212°F).
Uleiurile pot fi clasificate in functie de valorile indicelui de vascozitate.
Fluidele sintetice au de obicei cifre VI mult mai mari in comparatie cu fluidele conventionale, ceea ce inseamna ca ofera o protectie imbunatatita componentelor esentiale intr-un interval mai amplu de temperaturi.
Masurarea vascozitatii
In termeni simpli, vascozitatea reprezinta masura frecarii interne a unui lichid sau a rezistentei acestuia la curgere. Intervalul de vascozitate al unui lubrifiant este de obicei indicat folosind un sistem de clasificare cinematic si dinamic, asa cum sunt cele stabilite de Societatea Inginerilor Auto (SAE) sau de Organizatia Internationala pentru Standardizare (ISO).
Cerintele pentru uleiurile de motor pe benzina si diesel includ, printre altele, Clasificarea Vascozitatii Uleiurilor de Motor SAE J-300 si Clasificarea Institutului American al Petrolului (API).
Aceste teste sunt concepute pentru a reproduce conditiile de functionare specifice, permitand formulatorilor, producatorilor de echipamente originale (OEM) si consumatorilor sa inteleaga caracteristicile functionale si limitarile fiecarui lubrifiant.
– Fluidele cu vascozitate redusa pot fi descrise ca subtiri si usoare.
– Fluidele cu vascozitate mare pot fi descrise ca fiind groase si grele.
– Uleiul de motor cu vascozitate redusa (0W-20) curge mai rapid decat uleiul cu vascozitate mare (20W-50).
Vascozitatea cinematica
Vascozitatea cinematica este rezistenta lubrifiantului la curgerea si forfecarea cauzate de gravitatie. Pentru a-ti imagina exact, gandeste-te ca torni lichidul din doua recipiente diferite – unul cu apa, unul cu miere: vascozitatea cinematica a fiecarui fluid determina viteza cu care curge. Deoarece vascozitatea cinematica a apei este mai mica, aceasta va curge mai repede.
Vascozitatea cinematica, masurata folosind metoda ASTM D445 (Metoda Standard de Testare pentru Vascozitatea Cinematica a Lichidelor Transparente si Opace), determina gradul de vascozitate la temperatura ridicata sau temperatura de functionare a unui ulei SAE – numarul „30” din uleiul de motor 5W-30.
Testul de vascozitate cinematica incearca sa simuleze vascozitatea in conditii normale de functionare pentru un autoturism sau pentru un camion usor. Testul se efectueaza la 100°C si/sau 40°C, in functie de sistemul de clasificare utilizat.
Valoarea la 100°C este utilizata pentru a determina gradul de viscozitate SAE, prin masurarea timpului necesar uleiului pentru a curge complet dintr-un vascozimetru incalzit la 100°C. Timpul scurs in secunde este convertit in centistokes (cSt), iar 1 centistoke este egal cu 1mm ²/S.
Valorile mai mici corespund uleiurilor cu vascozitate mai redusa.
Vascozitatea dinamica (absoluta)
Vascozitatea dinamica este definita drept rezistenta lubrifiantului la curgere masurata prin rezistenta. Imagineaza-ti energia necesara pentru a deplasa un obiect solid prin fluid. E nevoie de mai putina energie pentru a amesteca apa in comparatie cu mierea, deoarece vascozitatea dinamica a apei este mai mica.
Vascozitatea dinamica este masurata prin testul Cold Crank Simulator (CCS), (ASTM D5293). Vascozitatea dinamica determina gradul de vascozitate al uleiului la temperatura scazuta sau iarna -„W” – „5W” in uleiul de motor 5W-30. Cu cat valoarea „W” este mai mica, cu atat uleiul curge mai repede cand este frig si cu atat este mai usor pentru motor sa porneasca.
Testul de vascozitate CCS evalueaza cantitatea de energie necesara pentru a porni un motor la o temperatura anume; cu cat gradul de vascozitate este mai scazut, cu atat temperatura la care se efectueaza testul este mai scazuta. Testul atribuie o valoare in centipoise (cP), utilizata pentru a determina gradul de vascozitate.
Vascozitatea determina starea uleiului de motor
Vascozitatea este un indicator important in programul de monitorizare a starii. Ea identifica starea uleiului sau capacitatea acestuia de a lubrifia componentele interne, de a limita contactul si de a reduce frecarea.
Uleiurile noi (uleiuri virgine) sunt testate atat la 40˚C, cat si la 100˚C pentru a stabili gradul de vascozitate, iar aceste informatii sunt utilizate apoi ca date de referinta comparativ cu uleiul uzat. Datele sunt raportate la vascozitatea uleiurilor uzate pentru a identifica orice crestere sau reducere a vascozitatii unui ulei uzat. In acest fel se va sti daca uleiul are sau nu capacitatea de a asigura o lubrifiere adecvata a componentelor interne.
In general, vascozitatea are o limita standard stabilita pentru cresteri si scaderi: limitele superioare sunt stabilite in general la o crestere de 10% pentru Atentie si o crestere de 20% pentru Problema sau Situatie Critica. Limitele inferioare sunt stabilite in general la o scadere de 5% sau 10% pentru Atentie si 10% sau 20% scadere pentru Problema.
Cresterea sau reducerea vascozitatii poate fi cauzata de oxidare, polimerizare, acumulare de carbon (funingine), contaminanti, antigel, patrunderea apei si/sau adaugarea unui tip de ulei gresit, dar nu este limitata la acestea.
Scaderea vascozitatii ar putea indica diluarea combustibilului, scaderea indicelui de vascozitate, cracarea termica, perioade lungi de curgere a uleiului si, din nou, adaugarea unui tip de ulei gresit.
Cum alegi vascozitatea potrivita?
Stiind ca vascozitatea unui fluid este asociata capacitatii acestuia de a suporta o sarcina, s-ar putea crede ca un fluid mai vascos este mai bun. Insa utilizarea lubrifiantilor cu o vascozitate mai mare decat cea recomandata poate fi la fel de daunatoare ca utilizarea unui ulei cu vascozitate prea scazuta, iar oricare dintre aceste doua variante pot duce la o durata de viata mai scurta a lubrifiantului.
Secretul este sa alegi un fluid cu o vascozitate potrivita pentru destinatia dorita. Vascozitatea unui lubrifiant eficient trebuie sa fie adecvata pentru a mentine partile mobile separate la temperaturi si presiuni normale de functionare, rezistand in acelasi timp la ingrosarea la rece.
Lubrifiantii cu o vascozitate inadecvata pentru destinatia dorita pot cauza:
– Un contact mai mare metal pe metal, o frecare si uzura mai mare
– Consum mai mare de ulei
– Scurgeri pe la garnituri
Lubrifiantii cu o vascozitate prea mare pentru destinatia dorita pot provoca:
– O mai mare frecare a fluidului si temperaturi de functionare mai mari
– Fluiditate si lubrifiere slabe la temperatura scazuta
– Eficienta energetica redusa
Sursa foto: freepik.com
Foto: freepik
