طريقتان لقياس اللزوجة والإبلاغ عنها، الحركية والمطلقة (وتسمى أيضًا الديناميكية)، غالبًا ما تسبب ارتباكًا في أذهان أولئك الذين لا يستخدمونها بانتظام. وفي هذا العمود، سأشرح الاختلافات بينهما وأقدم بعض النصائح حول كيفية تطبيقها على مواد التشحيم.
اللزوجة المطلقة
يتم تعريف اللزوجة المطلقة على أنها مقاومة السائل للقص، أو قدرة السائل على مقاومة التشوه عند تطبيق القوة. وبعبارة أكثر بساطة، كلما كان السائل أكثر سمكا، كلما زادت الطاقة اللازمة لجعله يتدفق. بالمعنى الدقيق للكلمة، يتم تعريف اللزوجة الحركية على أنها نسبة اللزوجة المطلقة إلى الكثافة.
الكثافة هي خاصية مشتقة من الكتلة، وبما أن الكتلة والوزن يتناسبان بشكل مباشر في أي مكان على سطح الأرض، فإن اللزوجة الحركية غالبًا ما يتم تفسيرها على أنها مقاومة السائل للتدفق تحت تأثير الجاذبية.
أحب أن أفكر في اللزوجة الحركية كحالة خاصة من اللزوجة المطلقة. إن قوى القص الناتجة عن الجاذبية هي في الواقع صغيرة جدًا مقارنة بقوى القص الناتجة عن التفاعل الميكانيكي لمكونات الماكينة.
دعونا نوضح هذا الاختلاف بمثال. لنفترض أن لديك جرة من العسل وجرة من الماء على مكتبك. الجرار مثبتة على الطاولة حتى لا تتحرك. إذا وضعت ملعقة في كل وعاء وبدأت في التحريك، فإنك تقوم بإدخال المقص في السائل.
لاحظ أن هذه القوى لا تنتج عن الجاذبية، لذا فإن ما تفعله هو اختبار اللزوجة المطلقة. ومن الواضح أن السائل ذو المقاومة الأكبر للتحريك هو العسل، لذلك يمكننا أن نستنتج أن اللزوجة المطلقة للعسل أكبر من اللزوجة المطلقة للماء. الآن خذ تلك الجرار وأخرجها من على الطاولة واسكبها جانبًا.
سوف يتدفق السائل بالكامل خارج الخزان، وفي هذه الحالة يتم إدخال القوة المسببة للتدفق عن طريق الجاذبية. لذلك قمنا للتو بإجراء اختبار اللزوجة الحركية وأظهر ذلك أيضًا أن العسل لديه لزوجة حركية أكبر من الماء لأنه يتمتع بمقاومة أكبر للتدفق خارج الجرة.
تتغير لزوجة السائل، سواء كانت حركية أو مطلقة، اعتمادًا على درجة الحرارة المقاسة. لذلك، يجب الإبلاغ عن درجة الحرارة التي يتم عندها قياس اللزوجة.
اللزوجة الحركية
كتعريف صارم لحالة الحركة، إذا كانت كثافة السائل معروفة، فيمكن تحويل اللزوجة المطلقة واللزوجة الحركية مباشرة. ويمكن التعبير عن هذه العلاقة على النحو التالي:
اللزوجة المطلقة=اللزوجة الحركية × الكثافة
يجب استخدام وحدات SI المناسبة لاستخدام هذه الصيغة بشكل صحيح.
لقد أظهرنا حتى الآن أن اختبارات اللزوجة المطلقة والحركية تثبت أن العسل أكثر لزوجة من الماء. دعونا ننظر إلى مثال آخر.
باستخدام مرطبانين متطابقين مثبتين على الطاولة، املأ أحدهما بالعسل والآخر بالمايونيز. قم الآن بإجراء اختبار اللزوجة المطلقة عن طريق تحريك السائل. سيظهر الاختبار أن العسل سائل أكثر لزوجة.
اقلب الجرة وقم بإجراء اختبار اللزوجة الحركية، والذي سيُظهر أن المايونيز أصبح الآن سائلًا أكثر لزوجة (سوف ينفد العسل بشكل أسرع من المايونيز). أولاً، ما هو تفسير النتائج المختلفة، وثانيًا، ما هي الآثار المترتبة على ذلك، على الأقل فيما يتعلق بمواد تشحيم الآلات؟
اختلاف
ومن أجل شرح النتائج المختلفة، علينا أن نفهم الخصائص النيوتونية للسائل. إذا قمت بربط لزوجة السائل بكمية القص التي يتعرض لها، فإن بعض السوائل تظهر لزوجة مستقلة عن مقدار قوة القص المطبقة.
وتسمى هذه السوائل النيوتونية، والعسل مثال جيد عليها. يتغير توزيع لزوجة بعض السوائل مع كمية القص التي تتعرض لها. وتسمى هذه السوائل غير النيوتونية، والمايونيز مثال على ذلك.
تظهر السوائل غير النيوتونية لزوجة عالية عندما يكون معدل القص منخفضًا (اختبار اللزوجة الحركية). كما هو الحال مع اختبار اللزوجة المطلقة، تنخفض لزوجة السوائل غير النيوتونية عندما يتم قطع السائل بقوة أكبر.
لماذا هو مهم
إذن ماذا يعني هذا بالنسبة لمواد التشحيم؟
1. تظهر معظم مواد التشحيم (انظر الاستثناءات أدناه) خصائص قريبة من النيوتونية. لذا، سواء قمنا بقياس اللزوجة الحركية أو اللزوجة المطلقة واتجاهها، فلا يوجد فرق كبير.
2. الزيوت التي تظهر المزيد من الخصائص غير النيوتونية هي:
مواد التشحيم المحسنة (الزيوت ذات مؤشر اللزوجة لتحسين المواد المضافة)
النفط المتدهور
المستحلبات الزيتية، بما في ذلك التلوث المعتدل للمواد الصلبة و/أو السوائل وسحب الهواء، وكلها يمكن أن تنتج مستحلبات.
3. بالنظر إلى أن قوى القص التي يتم إدخالها ميكانيكيًا، وليس الجاذبية، تؤثر على تدفق سائل التشحيم في الآلة، فيمكن القول بأن اختبار اللزوجة المطلقة هو طريقة أفضل لتحديد اللزوجة. ومع ذلك، فمن العدل أيضًا افتراض أن أي عامل يؤثر على التغيرات في اللزوجة المطلقة قد يؤثر أيضًا على التغيرات في اللزوجة الحركية.
وطالما أننا نقيس ونوجه طريقة قياس واحدة (مع إمكانية التكرار المناسبة)، فيجب أن نكون قادرين على الحصول على أنماط جيدة في البيانات. على الرغم من أننا نجري قياسات اللزوجة الحركية ونعلم بشكل حدسي أنها غير صحيحة فيما يتعلق بالآلة، إلا أنها لا تزال شائعة. لذا التزم بأسلوب واحد. على سبيل المزاح: من الأفضل أن تكون مخطئًا طوال الوقت بدلاً من أن تكون على صواب في بعض الأحيان.
4. اللزوجة الحركية هي الطريقة الشائعة لقياس اللزوجة والإبلاغ عنها في تحليل مواد التشحيم المستخدمة، على الأقل بقدر ما يتعلق الأمر بمعظم المختبرات التجارية. وكما ذكرنا في الفقرة السابقة، قد لا يكون النهج الأفضل، لكنه أصبح النهج السائد بسبب التاريخ وسهولة الاستخدام.
5. ستستخدم معظم المختبرات التجارية مقياس اللزوجة الآلي لقياس اللزوجة الحركية. ستقيس معظم أدوات المختبرات الميدانية اللزوجة المطلقة ولكنها ستبلغ عنها على أنها لزوجة حركية باستخدام افتراضات كثافة السوائل وإجراء الحسابات المناسبة.
لا يمثل هذا عادةً مشكلة في الحصول على نتائج الاتجاه، ولكن من المهم التأكد من إجراء قياسات اللزوجة دائمًا عند نفس درجة الحرارة. يمكن أن تكون درجة حرارة الغرفة، ولكن تأكد دائمًا من أن الزيت لديه الوقت للوصول إلى درجة حرارة الغرفة في بيئة يمكن التحكم في مناخها قبل الاختبار.
ولا تحاول مقارنة نتائج مختبرك النفطي التجاري بنتائج مختبرك الميداني عن كثب؛ سيكونون مختلفين، لكن ذلك لأنهم يقيسون أشياء مختلفة. ينبغي أن يكون هناك بعض الارتباط، لكنها لن تكون متكافئة تماما.
غالبًا ما تعتبر اللزوجة أهم خاصية لمواد التشحيم. لذلك، من المهم أيضًا أن تكون قادرًا على قياسه وفهمه. آمل أن يوفر هذا فهمًا أوضح للموضوع.
