شاخص گرانروی ویسکوزیته چیست؟

شاخص ویسکوزیته یکی از مهمترین پارامترهای انتخاب روغن صنعتی می باشد . ویسکوزیته یا گرانروی روغن و تمامی روانکارهای صنعتی با توجه به طول زنجیره هیدروکربن ها مشخص می شوند و هرچه طول زنجیره بلندتر باشد ویسکوزیته روغن صنعتی بیشتر می شود .

گرانروی را نیز می‌توان مقاومت سیال در برابر حرکت تعریف کرد ،گرانروی در مایعات به دلیل نیروی جاذبه‌ی بین مولکولی پدید می‌آید و این نیرو دراثر تغییرات دما دستخوش تغییر می‌شود.

به طور کلی می‌توان گفت گرانروی مایعات با دما رابطه‌ی عکس داشته و هرچه دما بالاتر رود میزان گرانروی کاهش می‌یابد و در اصطلاح مایع شل‌تر می‌شود. این اصلی است که در انتخاب یک روغن موتور باید به شکلی جدی مورد توجه قرار گیرد.

به عنوان مثال با استارت خوردن خودرو قطعات موتور شروع به حرکت می‌کنند و در این هنگام است که روغن باید به سرعت کار روانکاری را آغاز کند؛ در غیر این صورت آسیب‌های جدی به موتور وارد خواهد شد. اما در صورتی که روغن در اثر دمای پایین محیط، دچار افزایش گرانروی شود نمی‌تواند به سرعت حرکت کرده و قطعات متحرک را روانکاری کند؛ از سویی دیگر دمای بالای محیط نیز موجب کاهش گرانروی شده و عملکرد روغن را با مشکل رو‌به‌رو می‌کند و روغن نمی‌تواند به خوبی قطعات را پوشش دهد.

برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی که در هنگام روشن شدن خودرو روی می‌دهد میزان ویسکوزیته روغن را بر روی بسته درج می‌کنند. شرایط درج این عدد به دو شکل کلی انجام می‌شود که دانستن آن خالی از لطف نیست و کمک زیادی به انتخاب روغن موتور مناسب خواهد کرد. برای درک بهتر این مطلب به شناخت استانداردهایی بین‌المللی نیاز داریم که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

رابطه ویسکوزیته و دمای محیط

رابطه ویسکوزیته و دمای محیط

ویسکوزیته یا گرانروی بر تولید گرما در یاتاقان ها و بلبرینگ ها ، سیلندرها و اصطکاک داخلی مجموعه دنده های مربوط به روغن و همچنین بر میزان آب بندی روغن و مقدار مصرف روغن تاثیر مستقیم می گذارد.

همان طور که اشاره کردیم ویسکوزیته با دما رابطه عکس دارد . به عبارت دیگر هرچه دما بالاتر برود میزان ویسکوزیته کاهش می یابد و بالعکس . لذا برای منظور سنجش ویسکوزیته یا گرانروی در یک دمای مشخص، آزمایش انجام می شود که به صورت قراردادی این دما از قبل تعیین شده است .

روغن ها با ویسکوزیته های مختلف برای شرایط آب و هوایی مختلف تولید می شوند.

استفاده از روغن با ویسکوزیته بالا در زمستان روانکاری موتور را تا زمان گرم شدن به تاخیر انداخته و در این مدت روغن به تمامی قسمتهای موتور نخواهد رسید .

همچنین استفاده از روغن با ویسکوزیته پایین در تابستان نیز باعث سایش قطعات موتور می گردد .

پس انتخاب ویسکوزیته مناسب برای انواع روغن موتور ، کاملا تابع شرایط آب و هوایی است ، که البته اخیرا وجود روغنهای های چهار فصل (Multi Grade) یا همان چند ویسکوزیته ، نیاز به تغییر روغن ، به نسبت تغییر فصل یا شرایط آب و هوایی را تا حدودی بر طرف نموده است.

روغن های ذکر شده در دو جدول زیر روغن های تک درجه ای هستند:

درجه‌های مناسب گرانروی برای استفاده در تابستان

دامنه درجه حرارت درجه های تابستانی
حداکثر حداقل عدد گرانروری  SAE
C°   (۸۰ F°) ۲۷ C°  (۲۰ F °) ۷- SAE 20
C °  (۱۰۰ F°)۳۸ C°   (۳۲ F °) ۰ SAE 30
۱۲ F°))  °C50 C°   ( ۴۱ F°) ۵ SAE 40

درجه‌های مناسب گرانروی برای استفاده در زمستان

دامنه درجه حرارت درجه های تابستانی
حداکثر حداقل عدد گرانروری  SAE
C°   (۸۰ F°) ۲۷ C°   (۲۰ F °) ۱- SAE 20W
C °  (۱۰۰ F°)۳۸ C°   (۰ F °) ۱۸- SAE 15W
۱۲۰ F°))  °C50 C°   (-۲۰ F°)  ۲۹- SAE 10W
۲۰ F°))  °C0 C°   (-۴۰ F°)  ۴۰- SAE 5W

 در هوای سرد باید از روغنی با درجه گرانروی پایین استفاده کرد. در صورت استفاده از چنین روغنی، موتور به راحتی روشن می‌شود و روغن سریع به تمام قطعات موتور رسیده و عمل روغنکاری بدرستی صورت می‌گیرد.

اما در هوای گرم روغن با گرانروی کم بسیار رقیق شده و نمی‌تواند لایه مناسب برای روغنکاری را ایجاد کند.

برای دماهای بالا نیز باید از روغنی با درجه گرانروی بالا استفاده کرد تا روغن در دماهای بالا بیش از حد رقیق نشود.

از طرفی وقتی دما کمی پایین می‌آید موتور سرد ‌شده و اگر گرانروی روغن بالا باشد، روغن قابلیت پمپ شدن خود را از دست می‌دهد. بنابراین روغن با سرعت مناسب به همه قطعات نمی‌رسد. همینطور هنگام روشن شدن نیز مشکل ایجاد می‌کند. برای اینکه چنین مشکلی به وجود نیاید روغن‌های چنددرجه‌ای ساخته شده‌اند: .

روغن‌های چنددرجه‌ای و دامنه درجه‌حرارت کاربرد آنها

دامنه درجه حرارت درجه های تابستانی
حداکثر حداقل عدد گرانروری  SAE
C°   (۷۰ F°) ۲۱ C°   (  -۴۰F °) ۴۰- SAE 0W30
C °  (۶۰ F°)۱۶ C°   (  -۳۱F °) ۳۵- SAE 5W20
C °  (۸۰ F°)۲۷ C°   (  -۳۱F °) ۳۵- SAE 5W30
C °  (۶۰ F°)۱۶ C°   (  -۲۰F °) ۲۹- SAE 10W30
۱۰۰ F°))  °C38 C°   (-۱۱ F°)  ۲۴- SAE 10W40
۱۱۰ F°) )  °C43 C°   (۵ F°)     ۱۵- SAE 15W40
۱۲۰ F°) )  °C49 C°   (-۱۱ F°)  ۱۰- SAE 15W50
۱۳۱ F°) )  °C66 C°   (۳۲F°) ۰ SAE 20W50

روغن های چند درجه ای نسبت به روغن های تک گرید داری مزیت هایی است که در زیر به آن اشاره میکنیم :

  • استفاده از یک روغن برای تمام طول سال
  • آسان روشن شدن موتور دردرجه حرارتهای پایین
  • راندمان عالی در درجه حرارت های بالا
  • کم کردن مصرف سوخت

روش اندازه گیری شاخص ویسکوزیته

روش اندازه گیری شاخص ویسکوزیته

یک روش استاندارد برای اندازه گیری شاخص ویسکوزیته روغن وجود دارد. از مکانیک سیالات می دانیم که سیالات پارافینیک (که روغن خام حاصل از نفت پنسیلوانیا بیشترین تطابق با این تعریف را دارد) کمترین واکنش ویسکوزیته را در برابر حرارت دارند. بنابراین، عدد شاخص ویسکوزیته این روغن صد (VI = 100) فرض می شود.

از سوی دیگر، سیالات نفتنیک (که روغن خام حاصل از نفت استحصالی از خلیج تگزاس بیشترین تطابق را با این تعریف دارد) نیز بیشترین واکنش ویسکوزیته را در برابر تغییرات حرارت داشته و بدین ترتیب شاخص ویسکوزیته آن صفر (VI = 0) است. بدین ترتیب، دو نقطه حداقل و حداکثر برای این شاخص تعیین شده است.

بر این اساس، اگر رفتار حرارتی یک روغن بین دو دمای ۴۰ و ۱۰۰ درجه سلسیوس به روغن پنسیلواینایی نزدیک بود، شاخص ویسکوزیته آن ۱۰۰ است. ولی اگر این رفتار به روغن خلیج تگزاس شبیه تر بود، شاخص ویسکوزیته آن به صفر نزدیکتر می شود.

بنابراین، هر چه شاخص ویسکوزیته یا VI یک روغن بالاتر باشد، تمایل به حفظ ویسکوزیته آن در بازه های دمایی مختلف و در اثر شوک های حرارتی بیشتر بوده و رفتار حرارتی روغن قابل پیش بینی تر است. پس می توان نتیجه گرفت که شاخص ویسکوزیته بالاتر به معنای کیفیت بهتر آن روغن است.

این بدان معنی است که با همین روش، می توان با دانستن ویسکوزیته یک روغن در دو نقطه دمایی، شاخص ویسکوزیته یک روغن را پیش بینی کرد.

موارد کاربرد شاخص ویسکوزیته

موارد زیر می تواند در انتخاب روغنی با ویسکوزیته بالا یا پایین مورد توجه واقع شوند:

الف) شاخص ویسکوزیته بالا برای موارد زیر کاربرد دارد:

  • مقدار بهینه ای برای ویسکوزیته روغن معلوم نباشد.
  • بارگذاری یا سرعت چرخش یکسان یا یکنواخت نباشد.
  • دمای عملکردی متفاوت و متغیر باشد.
  • قصد بر بهینه سازی انرژی در بین باشد.
  • قصد بر افزایش طول عمر روغن (افزایش بازه تعویض روغن) باشد.
  • قصد بر کاهش MTTR  و افزایش MTBF باشد.

ب) شاخص ویسکوزیته پایین در موارد زیر کاربرد دارد:

  • بارگذاری و سرعت چرخش معلوم، ثابت و یکنواخت باشد.
  • دمای عملکردی تجهیز یکنواخت باشد.
  • مقدار بهینه ای برای ویسکوزیته سینماتیک در یک بازه دمایی خاص معلوم بوده و قابل دستیابی باشد.