Memilih oli mesin merupakan tugas serius bagi setiap penggila mobil. Dan parameter utama yang harus digunakan dalam pemilihan adalah viskositas oli. Viskositas oli mencirikan tingkat kekentalan cairan motor dan kemampuannya mempertahankan sifat-sifatnya di bawah perubahan suhu.
Mari kita coba mencari tahu dalam satuan apa viskositas harus diukur, fungsi apa yang dijalankannya dan mengapa ia memainkan peran besar dalam pengoperasian seluruh sistem motor.
Pengoperasian mesin pembakaran internal melibatkan interaksi terus menerus dari elemen strukturalnya. Bayangkan sejenak mesin dalam keadaan kering. Apa yang akan terjadi padanya? Pertama, gaya gesekan akan meningkatkan suhu di dalam perangkat. Kedua, akan terjadi deformasi dan keausan suku cadang. Dan akhirnya, semua ini akan menyebabkan penghentian total mesin pembakaran internal dan ketidakmungkinan untuk digunakan lebih lanjut. Oli motor yang dipilih dengan benar memiliki fungsi berikut:
- melindungi motor dari panas berlebih,
- mencegah keausan mekanisme yang cepat,
- mencegah pembentukan korosi,
- menghilangkan jelaga, jelaga dan produk pembakaran bahan bakar di luar sistem mesin,
- membantu meningkatkan sumber daya unit daya.
Dengan demikian, fungsi normal bagian motorik tanpa cairan pelumas tidak mungkin dilakukan.
Penting! Tuang ke dalam mesin kendaraan Anda hanya membutuhkan oli yang kekentalannya memenuhi persyaratan pabrikan mobil. Dalam hal ini, efisiensi akan maksimal, dan keausan unit kerja akan minimal. Anda tidak boleh mempercayai pendapat konsultan penjualan, teman, dan spesialis servis mobil jika berbeda dengan petunjuk untuk mobil. Lagi pula, hanya pabrikan yang tahu pasti harus mengisi mesin dengan apa.
Indeks kekentalan minyak
Konsep viskositas minyak menyiratkan kemampuan suatu cairan untuk menjadi kental. Itu ditentukan dengan menggunakan indeks viskositas. Indeks kekentalan oli adalah nilai yang menunjukkan derajat kekentalan suatu fluida oli selama perubahan temperatur. Pelumas dengan tingkat kekentalan yang tinggi mempunyai sifat sebagai berikut:
- Saat mesin dihidupkan dalam keadaan dingin, lapisan pelindung memiliki fluiditas yang kuat, yang memastikan pengoperasian yang cepat dan cepat distribusi seragam pelumasan di seluruh permukaan kerja;
- memanaskan mesin menyebabkan peningkatan viskositas film. Properti ini memungkinkan Anda mempertahankan lapisan pelindung pada permukaan bagian yang bergerak.
Itu. oli dengan indeks viskositas tinggi mudah beradaptasi dengan suhu berlebih, sedangkan indeks viskositas oli motor yang rendah menunjukkan kemampuan yang lebih rendah. Zat tersebut memiliki keadaan lebih cair dan membentuk lapisan pelindung tipis pada bagian-bagiannya. Pada kondisi temperatur negatif, cairan motor dengan indeks kekentalan rendah akan menyulitkan penyalaan unit daya, dan pada temperatur tinggi tidak akan mampu mencegah gaya gesek yang tinggi.
Indeks viskositas dihitung menurut Gost 25371-82. Anda dapat menghitungnya menggunakan layanan online di Internet.
Viskositas kinematik dan dinamis
Tingkat keuletan bahan motor ditentukan oleh dua indikator - viskositas kinematik dan dinamis.
Oli mesin
Viskositas kinematik suatu oli merupakan indikator yang mencerminkan fluiditasnya pada temperatur normal (+40 derajat Celsius) dan tinggi (+100 derajat Celsius). Metode pengukuran nilai ini didasarkan pada penggunaan viskometer kapiler. Perangkat ini mengukur waktu yang diperlukan cairan oli untuk mengalir keluar pada suhu tertentu. Viskositas kinematik diukur dalam mm 2 /s.
Viskositas dinamis minyak juga dihitung secara empiris. Gambar tersebut menunjukkan gaya hambatan fluida minyak yang terjadi pada saat dua lapisan minyak bergerak dengan jarak 1 sentimeter dan bergerak dengan kecepatan 1 cm/s. Satuan ukuran besaran ini adalah detik Pascal.
Penentuan viskositas oli harus dilakukan pada kondisi temperatur yang berbeda, karena cairan tidak stabil dan berubah sifat pada suhu rendah dan tinggi.
Tabel kekentalan oli motor berdasarkan temperatur disajikan di bawah ini.
Penjelasan peruntukan oli mesin
Seperti disebutkan sebelumnya, viskositas adalah parameter utama cairan pelindung, yang mencirikan kemampuannya untuk memastikan kinerja kendaraan dalam berbagai kondisi kondisi iklim.
Menurut sistem klasifikasi SAE internasional, pelumas motor dapat terdiri dari tiga jenis: musim dingin, musim panas, dan segala musim.
Oli yang ditujukan untuk penggunaan musim dingin ditandai dengan angka dan huruf W, misalnya 5W, 10W, 15W. Simbol pertama dari penandaan menunjukkan kisaran suhu pengoperasian negatif. Huruf W – dari kata Bahasa Inggris"Musim Dingin" - musim dingin - memberi tahu pembeli tentang kemungkinan menggunakan pelumas dalam kondisi suhu rendah yang keras. Ini memiliki fluiditas yang lebih besar daripada rekannya di musim panas untuk memastikan permulaan yang mudah pada suhu rendah. Film cair langsung menyelimuti elemen dingin dan membuatnya lebih mudah untuk digulir.
Batas suhu negatif dimana oli tetap beroperasi adalah sebagai berikut: untuk 0W - (-40) derajat Celcius, untuk 5W - (-35) derajat, untuk 10W - (-25) derajat, untuk 15W - (-35) derajat.
Cairan musim panas memiliki viskositas tinggi, yang memungkinkan film “menempel” lebih kuat pada elemen kerja. Pada suhu yang terlalu tinggi, oli ini menyebar secara merata ke seluruh permukaan kerja komponen dan melindunginya dari keausan yang parah. Minyak ini ditandai dengan angka, misalnya 20,30,40, dst. Angka ini mencirikan batas suhu tinggi di mana cairan mempertahankan sifat-sifatnya.
Penting! Apa arti angka-angka itu? Angka-angka parameter musim panas sama sekali tidak berarti suhu maksimum, di mana kendaraan dapat beroperasi. Mereka bersyarat dan tidak ada hubungannya dengan skala derajat.
Oli dengan kekentalan 30 berfungsi normal pada temperatur lingkungan hingga +30 derajat Celcius, 40 – hingga +45 derajat, 50 – hingga +50 derajat.
Sangat mudah untuk mengenali oli universal: penandaannya mencakup dua angka dan huruf W di antaranya, misalnya, 5w30. Penggunaannya menyiratkan kondisi iklim apa pun, baik itu musim dingin yang keras atau musim panas yang terik. Dalam kedua kasus tersebut, oli akan beradaptasi dengan perubahan dan menjaga fungsionalitas seluruh sistem mesin.
Omong-omong, kisaran iklim minyak universal ditentukan secara sederhana. Misalnya untuk 5W30 suhunya bervariasi dari minus 35 hingga +30 derajat Celcius.
Oli segala musim nyaman digunakan, itulah sebabnya oli lebih sering ditemukan di rak dealer mobil daripada opsi musim panas dan musim dingin.
Untuk memberi Anda gambaran lebih baik tentang kekentalan oli motor yang sesuai di wilayah Anda, di bawah ini adalah tabel yang menunjukkan kisaran suhu pengoperasian untuk setiap jenis pelumas.
Kisaran kinerja oli rata-rata
Setelah mengetahui arti dari angka kekentalan oli, mari beralih ke standar berikutnya. Klasifikasi oli motor berdasarkan viskositas juga mempengaruhi standar API. Tergantung pada jenis mesinnya, sebutan API diawali dengan huruf S atau C. S berarti mesin bensin, C berarti mesin diesel. Huruf kedua klasifikasi menunjukkan kelas mutu oli motor. Dan semakin jauh huruf ini dari awal alfabet, maka kualitas yang lebih baik cairan pelindung.
Untuk sistem mesin bensin, ada sebutan berikut:
- SC – tahun pembuatan sebelum 1964
- SD – tahun pembuatan 1964 hingga 1968.
- SE – tahun pembuatan 1969 hingga 1972.
- SF – tahun pembuatan 1973 hingga 1988.
- SG – tahun pembuatan 1989 hingga 1994.
- SH – tahun pembuatan 1995 hingga 1996.
- SJ – tahun pembuatan dari 1997 hingga 2000.
- SL – tahun produksi 2001 hingga 2003.
- SM – tahun pembuatan setelah 2004
- SN – dilengkapi mobil sistem modern netralisasi gas buang.
Untuk solar:
- CB – tahun pembuatan sebelum 1961
- CC – tahun pembuatan sebelum 1983
- CD – tahun rilis sebelum 1990
- CE – tahun pembuatan sebelum 1990 (mesin turbocharged).
- CF – tahun pembuatan sejak 1990, (mesin turbocharged).
- CG-4 – tahun pembuatan sejak 1994, (mesin turbocharged).
- CH-4 – tahun produksi: 1998
- CI-4 – mobil modern (mesin turbocharged).
- CI-4 plus adalah kelas yang jauh lebih tinggi.
Apa yang baik untuk satu mesin, berbahaya bagi perbaikan mesin lainnya.
Oli mesin
Banyak pemilik mobil yang yakin bahwa sebaiknya memilih oli yang lebih kental, karena itulah kunci pengoperasian mesin yang tahan lama. Ini adalah kesalahpahaman yang serius. Ya, para ahli menuangkan oli dengan tingkat kekentalan tinggi di bawah kap mobil balap untuk mencapai masa pakai unit daya yang maksimal. Namun mobil penumpang biasa dilengkapi dengan sistem yang berbeda, yang akan mudah tersedak jika lapisan pelindungnya terlalu tebal.
Berapa kekentalan oli yang diperbolehkan untuk digunakan pada mesin mesin tertentu dijelaskan dalam manual pengoperasian apa pun.
Memang, sebelum peluncuran model penjualan massal, pembuat mobil melakukan sejumlah besar tes, dengan mempertimbangkan kemungkinan mode mengemudi dan pengoperasian. sarana teknis dalam berbagai kondisi iklim. Dengan menganalisis perilaku motor dan kemampuannya untuk mempertahankan pengoperasian yang stabil dalam kondisi tertentu, para insinyur menetapkan parameter pelumasan motor yang dapat diterima. Penyimpangan darinya dapat memicu penurunan daya sistem propulsi, panas berlebih, peningkatan konsumsi bahan bakar, dan banyak lagi.
Oli mesin di dalam mesin
Mengapa tingkat kekentalan sangat penting dalam pengoperasian mekanisme? Bayangkan sejenak bagian dalam mesin: ada celah antara silinder dan piston, yang ukurannya memungkinkan kemungkinan pemuaian bagian-bagian karena perubahan suhu yang tinggi. Namun untuk efisiensi yang maksimal, celah ini harus mempunyai nilai minimum, sehingga gas buang yang dihasilkan selama pembakaran campuran bahan bakar tidak masuk ke sistem mesin. Untuk memastikan bodi piston tidak memanas akibat kontak dengan silinder, digunakan pelumas motor.
Tingkat kekentalan oli harus menjamin kinerja setiap elemen sistem penggerak. Produsen unit daya harus mencapai rasio optimal dari celah minimum antara bagian yang bergesekan dan lapisan oli, mencegah keausan dini pada elemen dan meningkatkan masa pakai mesin. Setuju, lebih aman mempercayai perwakilan resmi sebuah merek mobil, mengetahui bagaimana pengetahuan ini diperoleh, daripada mempercayai pengendara “berpengalaman” yang mengandalkan intuisi.
Apa yang terjadi ketika mesin dihidupkan?
Jika “teman besi” Anda berdiri dalam cuaca dingin sepanjang malam, maka keesokan paginya viskositas oli yang dituangkan ke dalamnya akan beberapa kali lebih tinggi dari nilai pengoperasian yang dihitung. Oleh karena itu, ketebalan film pelindung akan melebihi celah antar elemen. Saat mesin dingin dihidupkan, tenaganya turun dan suhu di dalamnya naik. Dengan demikian, mesin menjadi panas.
Penting! Selama pemanasan, jangan menambah beban. Pelumas yang terlalu kental akan menghambat pergerakan mekanisme utama dan mengakibatkan berkurangnya umur kendaraan.
Viskositas oli mesin pada suhu operasi
Setelah mesin memanas, sistem pendingin diaktifkan. Satu siklus mesin terlihat seperti ini:
- Menekan pedal gas meningkatkan kecepatan mesin dan meningkatkan beban di atasnya, akibatnya gaya gesekan bagian-bagian meningkat (karena cairan yang terlalu astringen belum sempat masuk ke celah antar bagian),
- suhu minyak naik,
- tingkat viskositasnya menurun (fluiditas meningkat),
- ketebalan lapisan minyak berkurang (bocor ke celah antar bagian),
- gaya gesekan berkurang,
- Temperatur lapisan oli diturunkan (sebagian dengan bantuan sistem pendingin).
Sistem motorik apa pun bekerja berdasarkan prinsip ini.
Viskositas oli motor pada suhu – 20 derajat
Ketergantungan viskositas oli pada suhu pengoperasian terlihat jelas. Seperti yang sudah jelas level tinggi perlindungan motor tidak boleh berkurang selama seluruh periode pengoperasian. Penyimpangan sekecil apa pun dari norma dapat menyebabkan hilangnya lapisan motor, yang pada gilirannya akan berdampak negatif pada bagian yang “tidak berdaya”.
Setiap mesin pembakaran internal, meskipun memiliki desain serupa, memilikinya set unik properti konsumen: tenaga, efisiensi, keramahan lingkungan, dan torsi. Perbedaan ini dijelaskan oleh perbedaan jarak bebas mesin dan suhu pengoperasian.
Untuk memilih oli kendaraan seakurat mungkin, klasifikasi cairan motor internasional telah dikembangkan.
Klasifikasi yang disediakan oleh standar SAE memberi tahu pemilik mobil tentang kisaran suhu pengoperasian rata-rata. Klasifikasi API, ACEA, dll memberikan gambaran yang lebih jelas tentang kemungkinan penggunaan pelumas pada kendaraan tertentu.
Konsekuensi pengisian oli dengan viskositas tinggi
Ada kalanya pemilik mobil tidak mengetahui cara menentukan kekentalan oli mesin yang dibutuhkan untuk mobilnya, dan mengisi sesuai rekomendasi penjual. Apa yang terjadi jika daktilitas lebih tinggi dari yang dibutuhkan?
Jika oli dengan kekentalan tinggi “mempercik” pada mesin yang dipanaskan dengan baik, maka tidak ada bahaya bagi mesin (pada kecepatan normal). Dalam hal ini, suhu di dalam unit akan meningkat, yang akan menyebabkan penurunan viskositas pelumas. Itu. situasi akan kembali normal. Tetapi! Pengulangan pola ini secara teratur akan mengurangi umur motorik secara signifikan.
Jika Anda tiba-tiba “menyerah pada gas”, menyebabkan peningkatan kecepatan, derajat kekentalan cairan tidak akan sesuai dengan suhu. Hal ini akan menyebabkan suhu maksimum yang diizinkan di ruang mesin terlampaui. Panas berlebih akan menyebabkan peningkatan gaya gesekan dan penurunan ketahanan aus suku cadang. Omong-omong, minyak itu sendiri juga akan kehilangan khasiatnya dalam waktu yang cukup singkat.
Anda tidak akan bisa langsung mengetahui bahwa kekentalan oli tidak sesuai untuk kendaraan.
“Gejala” pertama baru akan muncul setelah 100-150 ribu kilometer. Dan indikator utamanya adalah peningkatan kesenjangan antar bagian. Namun, bahkan spesialis berpengalaman pun tidak akan dapat secara pasti menghubungkan peningkatan viskositas dan penurunan umur mesin yang cepat. Oleh karena itu, bengkel resmi seringkali mengabaikan persyaratan produsen kendaraan. Selain itu, menguntungkan bagi mereka untuk memperbaiki unit tenaga mobil yang masa garansinya telah habis. Oleh karena itu, memilih tingkat kekentalan oli merupakan tugas yang sulit bagi setiap penggila mobil.
Viskositas terlalu rendah: apakah berbahaya?
Oli mesin
Viskositas yang rendah dapat merusak mesin bensin dan diesel. Fakta ini dijelaskan oleh fakta bahwa dengan peningkatan suhu pengoperasian dan beban pada motor, fluiditas film pembungkus meningkat, akibatnya perlindungan yang sudah cair hanya “mengekspos” bagian-bagiannya. Hasil: peningkatan gaya gesekan, peningkatan konsumsi bahan bakar, deformasi mekanisme. Tidak mungkin mengoperasikan mobil dalam waktu lama dengan cairan dengan viskositas rendah terisi - mobil akan segera macet.
Beberapa model mesin modern memerlukan penggunaan oli yang disebut “hemat energi” dengan viskositas yang lebih rendah. Namun hanya dapat digunakan jika ada izin khusus dari produsen mobil: ACEA A1, B1 dan ACEA A5, B5.
Stabilisator ketebalan minyak
Karena kelebihan suhu yang konstan, viskositas oli secara bertahap mulai menurun. Dan stabilisator khusus dapat membantu memulihkannya. Mereka dapat digunakan pada mesin jenis apa pun yang keausannya telah mencapai tingkat rata-rata atau tinggi.
Stabilisator memungkinkan:
Stabilisator
- meningkatkan viskositas film pelindung,
- mengurangi jumlah jelaga dan endapan pada silinder mesin,
- mengurangi emisi zat berbahaya di atmosfer,
- mengembalikan lapisan minyak pelindung,
- mencapai "keheningan" dalam pengoperasian mesin,
- mencegah proses oksidasi di dalam rumah motor.
Penggunaan stabilisator tidak hanya memungkinkan untuk meningkatkan periode antara penggantian oli, tetapi juga untuk memulihkan oli yang hilang fitur yang bermanfaat lapisan pelindung.
Jenis pelumas khusus yang digunakan dalam produksi
Pelumas mesin spindel memiliki sifat viskositas yang rendah. Penggunaan proteksi tersebut rasional pada motor yang memiliki beban ringan dan beroperasi pada kecepatan tinggi. Paling sering, pelumas seperti itu digunakan dalam produksi tekstil.
Pelumasan turbin. Fitur utamanya adalah melindungi semua mekanisme kerja dari oksidasi dan keausan dini. Viskositas oli turbin yang optimal memungkinkannya digunakan pada penggerak turbokompresor, turbin gas, uap, dan hidrolik.
VMGZ atau oli kental hidrolik segala musim. Cairan ini sangat ideal untuk peralatan yang digunakan di wilayah Siberia, Utara Jauh dan Timur Jauh. Oli ini ditujukan untuk mesin pembakaran dalam yang dilengkapi dengan penggerak hidrolik. VMGZ tidak terbagi menjadi minyak musim panas dan musim dingin, karena penggunaannya hanya menyiratkan iklim bersuhu rendah.
Bahan baku oli hidrolik adalah komponen dengan viskositas rendah yang mengandung bahan dasar mineral. Agar minyak mencapai konsistensi yang diinginkan, bahan tambahan khusus ditambahkan ke dalamnya.
Viskositas oli hidrolik ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
OilRite adalah pelumas lain yang digunakan untuk pengawetan dan perawatan mekanisme. Ia memiliki dasar grafit tahan air dan mempertahankan sifat-sifatnya dalam kisaran suhu dari minus 20 derajat Celcius hingga plus 70 derajat Celcius.
kesimpulan
Jawaban yang jelas untuk pertanyaan: “Berapa viskositas oli motor yang terbaik?” tidak dan tidak mungkin. Masalahnya adalah tingkat keuletan yang diperlukan untuk setiap mekanisme - baik itu alat tenun atau mesin mobil balap - berbeda-beda, dan tidak dapat ditentukan "secara acak". Parameter cairan pelumas yang diperlukan dihitung oleh produsen secara empiris, jadi ketika memilih cairan untuk kendaraan Anda, pertama-tama Anda dipandu oleh instruksi dari pengembang. Dan setelah itu, Anda bisa mengacu pada tabel kekentalan oli motor berdasarkan suhu.
Viskositas- ini adalah sifat zat cair untuk menahan gaya geser. Viskositas adalah sifat yang melekat pada tetesan cairan dan gas, yang hanya muncul ketika bergerak, tidak dapat dideteksi saat diam, dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk gesekan internal ketika partikel-partikel cairan yang berdekatan bergerak. Viskositas mencirikan derajat fluiditas suatu cairan dan mobilitas partikelnya. Viskositas zat cair menjelaskan hambatan dan hilangnya tekanan yang terjadi ketika zat tersebut bergerak melalui pipa, saluran dan saluran lainnya, serta ketika benda asing bergerak di dalamnya.
Isaac Newton secara aktif terlibat dalam studi tentang sifat-sifat gesekan internal suatu cairan, meletakkan dasar bagi doktrin viskositas. Newton mengemukakan (kemudian dikonfirmasi oleh eksperimen) bahwa gaya hambatan yang timbul selama geseran lapisan tersebut sebanding dengan luas kontak lapisan dan kecepatan geser. Hasilnya, I. Newton memperoleh ketergantungan yang mencirikan hubungan antara viskositas dan fenomena gesekan internal, yang disebut hukum dengan nama yang sama.
Biarkan cairan mengalir sepanjang dinding datar dalam lapisan paralel. Setiap lapisan akan bergerak dengan kecepatannya masing-masing, dan kecepatan lapisan akan meningkat seiring dengan jaraknya dari dinding.
Mari kita perhatikan dua lapisan zat cair yang bergerak pada jarak Δy satu sama lain. Karena ada gaya gesek antar lapisan dan akibat saling mengerem, maka lapisan-lapisan yang berbeda mempunyai gaya gesek kecepatan yang berbeda, dan lapisan A bergerak dengan kecepatan v, dan lapisan B bergerak dengan kecepatan (v+Δv). Nilai Δv adalah pergeseran absolut lapisan A ke lapisan B, dan nilai Δv/Δy adalah pergeseran relatif, atau gradien kecepatan. Kemudian, selama pergerakan, timbul tegangan tangensial τ (tau), yang mencirikan gesekan per satuan luas (tekanan gesekan internal).
Tegangan gesekan internal mempunyai arti fisis tergantung pada:
Di mana F tr- gaya gesekan internal, N; S- luas kontak permukaan, m2.
Maka menurut hukum Newton, hubungan antara tegangan dan pergeseran relatif adalah:
itu. tegangan gesekan internal sebanding dengan gradien kecepatan.
Faktor proporsionalitas µ (mu) dipanggil koefisien viskositas dinamis. Dari rumus tersebut jelas bahwa koefisien viskositas dinamis secara numerik sama dengan tegangan gesekan internal jika kecepatan relatif dua bidang A dan B, yang berjarak 1 m satu sama lain, sama dengan 1 m /S.
Dimensi koefisien viskositas dinamis mengikuti rumus. Sejak tegangan τ adalah gaya per satuan luas, maka dimensinya sama dengan:
Dimensi gradien kecepatan:
Oleh karena itu dimensi koefisien viskositas dinamis:
Dengan demikian, satuan pengukuran viskositas dinamis dalam sistem satuan SI diambil sebagai:
DI DALAM sistem fisik Satuan viskositas dinamis adalah ketenangan, dilambangkan dengan “ P»:
Viskositas dinamis dari tetesan cairan, yang molekul-molekulnya terletak sangat dekat satu sama lain, menurun dengan meningkatnya suhu karena peningkatan kecepatan gerak Brown, yang melemahkan ikatan penahan, yaitu gaya adhesi.
Ketergantungan koefisien μ pada suhu umumnya dinyatakan dengan rumus:
di mana nilai di T= 0°C; A Dan B- koefisien eksperimental tergantung pada sifat fisikokimia (jenis) cairan; T- suhu cairan dalam °C.
Dalam gas, gaya tarik-menarik antar molekul hanya muncul ketika kompresi kuat, dan dalam kondisi normal molekul gas berada dalam keadaan gerak termal yang kacau dan gesekan lapisan gas satu sama lain hanya terjadi karena tumbukan molekul. Dengan meningkatnya suhu, kecepatan molekul meningkat, jumlah tumbukan meningkat, dan viskositas meningkat.
Untuk air tawar, Poiseuille memperoleh rumus:
Untuk udara diketahui rumus Millikan:
Dalam hidrolika, untuk mengkarakterisasi sifat kekentalan gas dan uap, terkadang alih-alih sifat dinamis, digunakan koefisien viskositas lain, yang dilambangkan dengan huruf η (eta) dan dihubungkan dengan koefisien dinamis melalui persamaan
di mana g adalah percepatan gravitasi, m/s 2 .
Jelas sekali, ini adalah koefisien viskositas η mempunyai dimensi:
Dalam hal ini, satuan pengukuran η dalam sistem teknis satuan adalah
Dalam hidrolika dan manufaktur, yang disebut koefisien viskositas kinematik ν(nu), didefinisikan sebagai rasio viskositas dinamis terhadap kepadatan:
Dimensi koefisien viskositas kinematik:
Dalam sistem SI, satuan yang digunakan untuk ν adalah .
Satuan pengukuran koefisien ν dalam sistem fisik berfungsi sebagai Stokes, dilambangkan dengan “ St»:
Misalnya, koefisien kinematik viskositas air adalah
Kebalikan dari viskositas dinamis disebut ketidakstabilan.
Viskositas semua cairan tetesan menurun dengan meningkatnya suhu. Untuk mendapatkan perhitungan hidrolik yang akurat, disarankan untuk memiliki grafik (atau tabel) viskositas versus suhu, berdasarkan penentuan khusus di laboratorium. Anda harus sangat berhati-hati saat menanganinya berbagai jenis nomogram dan rumus yang digunakan untuk menentukan viskositas campuran dua atau lebih produk minyak bumi yang berbeda.
Grafik yang mencirikan ketergantungan perubahan viskositas cairan terhadap suhu disebut viskogram(Gbr. 1.3).
Gambar 1.3. viskogram
Untuk menentukan viskositas suatu cairan pada suhu berapa pun T rumus Reynolds-Filonov digunakan dengan akurasi yang cukup:
Di mana ν - viskositas pada suhu yang diketahui T , kamu- koefisien kecuraman viskogram, yang mencirikan sudut kemiringan garis singgung viskogram terhadap sumbu absis (Gbr. 1.4) dan ditentukan dengan rumus:
Gambar 1.4 Penentuan koefisien kemiringan viskogram
Dengan demikian, dimungkinkan untuk mengkarakterisasi cairan apa pun dan menentukan viskositasnya pada suhu berapa pun, dengan mengetahui koordinat dua titik sembarang pada viskogram. Perlu dicatat bahwa untuk cairan tetesan, koefisien viskogramnya positif, namun ada cairan yang viskositasnya sedikit berubah seiring dengan perubahan suhu; untuk cairan gas, koefisien viskogramnya negatif. Ada cairan yang viskositasnya sedikit bergantung pada suhu; mereka bersifat kompleks senyawa kimia dan digunakan sebagai pekerja di mesin hidrolik, seperti kopling kental.
Ada zat cair yang hukum I. Newton tidak berlaku. Berbeda dengan fluida Newton biasa, fluida ini disebut non-Newtonian, atau tidak normal.
Nilai viskositas kinematik ν air dan udara
Viskositas berbagai jenis cairan dengan nama yang sama, misalnya minyak, tergantung pada komposisi kimia dan struktur molekul dapat memiliki arti yang berbeda.
Untuk minyak kental, nilai rata-rata kamu= 0,05 + 0,1 per 1°C.
Viskositas cairan, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, juga bergantung pada tekanan. Ketika tekanan meningkat, biasanya meningkat. Pengecualiannya adalah air, yang pada suhu hingga 32°C viskositasnya menurun seiring dengan meningkatnya tekanan. Pada tekanan yang ditemui dalam praktik (hingga 20 MPa), perubahan viskositas cairan sangat kecil dan tidak diperhitungkan dalam perhitungan hidrolik konvensional.
VISKOSITAS, sifat zat cair (atau gas) untuk menahan aliran.
Viskositas juga dianggap sebagai salah satu fenomena transfer yang menentukan disipasi energi selama deformasi medium. Viskositas padatan memiliki sejumlah ciri dan biasanya dipertimbangkan secara terpisah (lihat Gesekan internal).
Selama pergerakan laminar suatu zat cair antara dua pelat sejajar bidang, salah satunya diam dan yang lainnya bergerak dengan kecepatan ν, lapisan molekul yang berbatasan langsung dengan pelat bawah tetap diam, dan lapisan yang berdekatan dengan pelat atas akan bergerak maksimum. kecepatan (Gbr.) . Aliran suatu zat cair dicirikan oleh gradien kecepatan γ? = dv/dz, yang menunjukkan laju perubahan kecepatan dari lapisan ke lapisan dalam arah tegak lurus terhadap pergerakan zat cair. Jika kecepatannya berubah linier, maka γ?= v/d, dimana d adalah jarak antar pelat. Besaran γ disebut juga laju geser.
Menurut hukum dasar aliran viskos yang ditetapkan oleh I. Newton (diterbitkan tahun 1687), tegangan geser τ = F/S yang menyebabkan aliran fluida sebanding dengan gradien kecepatan aliran: τ = ηγ?. Koefisien proporsionalitas η disebut koefisien viskositas dinamis, atau sekadar viskositas. Ini mencirikan resistensi fluida terhadap aliran. Viskositas juga dapat dianggap sebagai ukuran energi yang hilang dalam bentuk panas saat fluida mengalir. Disipasi energi terjadi karena adanya perpindahan momentum. Nilai koefisien viskositas dan daya W yang dihamburkan per satuan volume akibat viskositas dihubungkan oleh hubungan: W = ηγ? 2.
Hubungan yang dibuat oleh Newton hanya valid jika η tidak bergantung pada laju geser. Media yang memenuhi kondisi ini disebut Newtonian (lihat fluida Newton).
Satuan SI untuk viskositas dinamis adalah Pa s [dalam CGS adalah poise (dyne s/cm2): 1 poise = 0,1 Pa s]. Besaran φ= 1/η, kebalikan dari viskositas, disebut fluiditas. Yang juga sering dipertimbangkan adalah viskositas kinematik ν = η/ρ (di mana ρ adalah massa jenis zat), diukur dalam m 2 / s (SI) dan Stokes (GHS). Viskositas cairan dan gas diukur menggunakan viskometer (lihat Viskometri).
Viskositas gas ideal ditentukan oleh hubungan: η = (1/3)mn??, dimana m adalah massa molekul, n adalah jumlah molekul per satuan volume, ? - kecepatan rata-rata molekul, ? adalah jalur bebas molekul.
Viskositas gas meningkat ketika dipanaskan, sedangkan viskositas cairan sebaliknya menurun. Hal ini disebabkan oleh perbedaan mekanisme viskositas molekuler dalam sistem ini. Ada dua mekanisme perpindahan momentum: kinetik (tidak melibatkan tumbukan antar molekul) dan tumbukan. Yang pertama dominan pada gas yang dijernihkan, yang kedua - pada gas dan cairan padat.
Dalam gas, jarak antar molekul jauh lebih besar daripada jari-jari aksi gaya molekul, oleh karena itu viskositas gas merupakan konsekuensi dari pergerakan molekul yang kacau (termal), akibatnya molekul berpindah dari satu lapisan ke lapisan lainnya, melambat. menyusuri arus. Sejak kecepatan rata-rata molekul? meningkat dengan meningkatnya suhu, viskositas gas meningkat ketika dipanaskan.
Viskositas cairan, yang jarak antar molekulnya jauh lebih kecil dibandingkan gas, terutama disebabkan oleh interaksi antarmolekul yang membatasi mobilitas molekul. Dengan meningkatnya suhu, pergerakan timbal balik molekul menjadi lebih mudah, interaksi antarmolekul melemah dan akibatnya gesekan internal cairan berkurang.
Viskositas suatu cairan ditentukan oleh ukuran dan bentuk molekulnya posisi relatif dan kekuatan interaksi antarmolekul. Viskositas tergantung pada struktur kimia molekul cairan. Ya, viskositas bahan organik meningkat dengan masuknya gugus polar dan cincin ke dalam molekul. Dalam deret homolog (hidrokarbon jenuh, alkohol, asam organik dll.) viskositas senyawa meningkat seiring dengan bertambahnya berat molekul.
Viskositas larutan bergantung pada konsentrasinya dan dapat lebih besar atau lebih kecil dari viskositas pelarut murni. Viskositas suspensi yang sangat encer bergantung secara linier pada fraksi volume partikel tersuspensi: η = η 0 (1 + αφ) (rumus Einstein), di mana η 0 adalah viskositas media pendispersi. Koefisien α bergantung pada bentuk partikel; khususnya, untuk partikel bola α = 2,5. Ketergantungan viskositas yang serupa pada fraksi volume diamati dalam larutan protein globular.
Viskositas dapat bervariasi dalam batas yang luas. Berikut adalah nilai viskositas beberapa cairan dan gas pada suhu 20°C (dalam 10 -3 Pa · s): gas - hidrogen 0,0088, nitrogen 0,0175, oksigen 0,0202; cairan - air 1,002, etanol 1.200, merkuri 1.554, nitrobenzena 2.030, gliserol 1.485.
Helium cair memiliki viskositas paling rendah. Pada suhu 2,172 K ia berubah menjadi keadaan superfluida, yang viskositasnya nol (lihat Superfluiditas). Viskositas gas ratusan kali lebih kecil dari viskositas cairan biasa. Viskositas logam cair mendekati viskositas cairan biasa.
Larutan dan lelehan polimer memiliki viskositas yang tinggi. Viskositas larutan polimer encer secara signifikan lebih tinggi daripada viskositas senyawa dengan berat molekul rendah. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ukuran makromolekul polimer sangat besar sehingga bagian berbeda dari makromolekul yang sama berakhir dalam lapisan yang bergerak dengan kecepatan berbeda, yang menyebabkan hambatan aliran tambahan. Viskositas larutan polimer yang lebih pekat menjadi lebih tinggi karena keterikatan makromolekul satu sama lain. Salah satu metode untuk memperkirakan berat molekul polimer didasarkan pada pengukuran viskositas larutan.
Kehadiran struktur spasial dalam larutan polimer yang dibentuk oleh adhesi makromolekul menyebabkan munculnya apa yang disebut viskositas struktural, yang (tidak seperti viskositas cairan Newton) bergantung pada tegangan geser (atau kecepatan) (lihat Reologi). Ketika fluida terstruktur mengalir, kerjalah kekuatan luar dihabiskan tidak hanya untuk mengatasi gesekan internal, tetapi juga untuk menghancurkan struktur.
Lit.: Landau L.D., Akhiezer A.I., Lifshits E.M. Kurs fisika umum. Mekanika dan Fisika molekuler. edisi ke-2. M., 1969; Filippova O. E., Khokhlov A. R. Viskositas larutan polimer encer. M., 2002; Schramm G. Dasar-dasar reologi praktis dan reometri. M., 2003.
Dalam keadaan seimbang fase yang berbeda zat-zat berada dalam keadaan diam relatif terhadap satu sama lain. Dengan gerak relatifnya, timbul gaya pengereman (viskositas), yang cenderung menurunkan kecepatan relatif. Mekanisme viskositas dapat direduksi menjadi pertukaran momentum pergerakan molekul yang teratur antara berbagai lapisan dalam gas dan cairan. Timbulnya gaya gesek viskos pada gas dan zat cair disebut dengan proses transfer. Viskositas padatan memiliki sejumlah ciri penting dan dipertimbangkan secara terpisah.
DEFINISI
Viskositas kinematik didefinisikan sebagai rasio viskositas dinamis () terhadap kepadatan zat. Biasanya dilambangkan dengan huruf (nu). Kemudian kita tuliskan definisi matematis dari koefisien viskositas kinematik sebagai:
dimana adalah massa jenis gas (cair).
Karena pada persamaan (1) massa jenis suatu zat ada pada penyebutnya, maka misalnya udara yang dijernihkan pada tekanan 7,6 mm Hg. Seni. dan suhu 0 o C mempunyai viskositas kinematik dua kali lipat dari gliserin.
Viskositas kinematik udara pada kondisi normal sering dianggap sama, oleh karena itu, ketika bergerak di atmosfer, hukum Stokes digunakan jika hasil kali jari-jari benda (cm) dan kecepatannya () tidak melebihi 0,01.
Viskositas kinematik air dalam kondisi normal sering dianggap berorde , oleh karena itu, ketika bergerak di dalam air, hukum Stokes berlaku jika hasil kali jari-jari benda (cm) dan kecepatannya () tidak melebihi 0,001.
Viskositas kinematik dan bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds (Re) dinyatakan dengan menggunakan viskositas kinematik:
di mana adalah dimensi linier suatu benda yang bergerak dalam materi, dan merupakan kecepatan gerak benda tersebut.
Sesuai dengan persamaan (2), untuk benda yang bergerak dengan kecepatan konstan, bilangannya berkurang jika viskositas kinematiknya meningkat. Jika bilangan Re kecil, maka pada tahanan frontal gaya gesekan viskos lebih dominan daripada gaya inersia. Dan sebaliknya, angka besar Reynolds, yang diamati pada viskositas kinematik rendah, menunjukkan prioritas gaya inersia dibandingkan gaya gesekan.
Bilangan Reynolds kecil pada nilai viskositas kinematik tertentu, ketika ukuran benda dan kecepatan geraknya kecil.
Satuan pengukuran koefisien viskositas kinematik
Satuan SI dasar untuk viskositas kinematik adalah:
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Sebuah bola logam (massa jenisnya sama dengan ) diturunkan secara merata ke dalam suatu zat cair (massa jenis zat cair sama dengan viskositas kinematik). Pada diameter bola maksimum yang mungkin, aliran di sekitarnya akan tetap laminar? Pertimbangkan bahwa transisi ke aliran turbulen terjadi pada Re=0,5. Ambil diameter bola sebagai ukuran karakteristiknya. |
| Larutan | Mari kita membuat gambar Dengan menggunakan hukum kedua Newton, kita memperoleh ekspresi: dimana adalah gaya Archimedes dan merupakan gaya gesekan viskos. Jika diproyeksikan ke sumbu Y, persamaan (1.1) akan berbentuk: Dalam hal ini kita memiliki: Di mana:
Substitusikan hasil (1.3)-(1.5) ke dalam (1.2), kita peroleh: Bilangan Reynolds dalam kasus kami didefinisikan sebagai:
|
Di industri, kegiatan ilmiah Seringkali diperlukan untuk menghitung koefisien viskositas suatu cairan. Bekerja dengan media konvensional atau terdispersi dalam bentuk aerosol dan emulsi gas memerlukan pengetahuan tentang sifat fisik zat tersebut.
Berapakah kekentalan suatu zat cair?
Newton juga meletakkan dasar bagi ilmu reologi. Cabang ini mempelajari ketahanan suatu zat selama pergerakan, yaitu viskositas.
Dalam cairan dan gas, molekul berinteraksi terus menerus. Mereka saling bertabrakan, terdorong, atau terbang begitu saja. Akibatnya, lapisan-lapisan materi tampak berinteraksi satu sama lain, memberikan kecepatan pada masing-masing lapisan. Fenomena interaksi antar molekul cairan/gas disebut viskositas, atau gesekan internal.
Untuk mengkaji proses ini dengan lebih baik, perlu diperlihatkan percobaan dengan dua pelat, di antaranya terdapat media cair. Jika pelat atas dipindahkan, lapisan cairan yang “menempel” padanya juga akan mulai bergerak dengan kecepatan tertentu v1. Setelah periode waktu yang singkat, kita melihat bahwa lapisan cairan di bawahnya juga mulai bergerak sepanjang lintasan yang sama dengan kecepatan v2, v3...vn, dst., dengan v1>v2, v3...vn. Kecepatan yang terendah tetap nol.
Dengan menggunakan gas sebagai contoh, hampir tidak mungkin untuk melakukan percobaan seperti itu, karena gaya interaksi molekul satu sama lain sangat kecil, dan tidak mungkin untuk mencatatnya secara visual. Disini kita juga berbicara tentang lapisan, tentang kecepatan pergerakan lapisan tersebut, oleh karena itu viskositas juga ada pada media gas.
Media Newtonian dan non-Newtonian
Fluida Newtonian adalah fluida yang viskositasnya dapat dihitung menggunakan rumus Newton.
Media tersebut meliputi air dan larutan. Koefisien viskositas suatu cairan dalam media tersebut mungkin bergantung pada faktor-faktor seperti suhu, tekanan atau struktur atom zat tersebut, namun gradien kecepatannya akan selalu tidak berubah.
Cairan non-Newtonian merupakan media yang nilai di atas dapat berubah, sehingga rumus Newton tidak berlaku di sini. Zat tersebut mencakup semua media terdispersi (emulsi, aerosol, suspensi). Ini juga termasuk darah. Kami akan membicarakan hal ini lebih detail nanti.
Darah sebagai lingkungan internal tubuh
Seperti diketahui, 80% darah adalah plasma yang berbentuk agregat cair, dan 20% sisanya berupa eritrosit, trombosit, leukosit, dan berbagai inklusi. Sel darah merah manusia memiliki diameter 8 nm. Ketika diam, mereka membentuk agregat dalam bentuk kolom koin, sekaligus meningkatkan viskositas cairan secara signifikan. Jika aliran darah aktif, “struktur” ini akan hancur, dan gesekan internal pun berkurang.
Koefisien viskositas sedang
Interaksi lapisan-lapisan medium satu sama lain mempengaruhi karakteristik seluruh sistem zat cair atau gas. Viskositas merupakan salah satu contoh fenomena fisika yang disebut gesekan. Berkat itu, lapisan atas dan bawah medium secara bertahap menyamakan kecepatan arusnya, dan akhirnya menjadi sama dengan nol. Viskositas juga dapat dicirikan sebagai ketahanan suatu lapisan suatu medium terhadap lapisan lainnya.
Untuk menggambarkan fenomena tersebut, dua karakteristik kualitatif gesekan internal dibedakan:
- koefisien viskositas dinamis (viskositas dinamis cairan);
- koefisien viskositas kinetik (viskositas kinetik).
Kedua besaran tersebut dihubungkan dengan persamaan υ = η / ρ, dimana ρ adalah massa jenis medium, υ adalah viskositas kinetik, dan η adalah viskositas dinamis.
Metode untuk menentukan viskositas cairan
Viskometri adalah pengukuran viskositas. Pada panggung modern Dalam perkembangan ilmu pengetahuan, nilai kekentalan zat cair dapat diketahui secara praktis melalui empat cara:
1. Metode kapiler. Untuk melaksanakannya, Anda perlu memiliki dua bejana yang dihubungkan oleh saluran kaca berdiameter kecil panjangnya diketahui. Anda juga perlu mengetahui nilai tekanan di satu bejana dan bejana lainnya. Cairan ditempatkan dalam saluran kaca, dan dalam jangka waktu tertentu mengalir dari satu labu ke labu lainnya.
Perhitungan selanjutnya dilakukan dengan menggunakan rumus Poiseuille untuk mencari nilai koefisien viskositas cairan.
Dalam prakteknya, media cair dapat berupa campuran yang dipanaskan hingga 200-300 derajat. Tabung kaca biasa dalam kondisi seperti itu akan berubah bentuk atau bahkan pecah, dan ini tidak dapat diterima. Viskometer kapiler modern terbuat dari bahan berkualitas tinggi dan tahan yang dapat dengan mudah menahan beban tersebut.
2. Metode medis menurut Hesse. Untuk menghitung viskositas suatu cairan dengan cara ini, diperlukan bukan hanya satu, tetapi dua instalasi kapiler yang identik. Di salah satunya ditempatkan media terlebih dahulu nilai yang diketahui gesekan internal, dan di sisi lain - cairan uji. Selanjutnya, dua nilai waktu diukur dan dibuat proporsi yang dengannya mereka sampai pada angka yang diinginkan.
3. Metode rotasi. Untuk melaksanakannya diperlukan struktur dua silinder koaksial. Artinya salah satunya harus berada di dalam yang lain. Cairan dituangkan ke dalam ruang di antara keduanya, dan kemudian silinder bagian dalam dipercepat. Kecepatan sudut ini juga diberikan pada fluida. Perbedaan torsi memungkinkan viskositas medium dihitung.
4. Penentuan kekentalan zat cair dengan metode Stokes. Untuk melakukan percobaan ini, Anda harus memiliki viskometer Heppler, yaitu silinder berisi cairan. Sebelum memulai percobaan, buatlah dua tanda pada silinder dan ukur panjang di antara keduanya. Kemudian mereka mengambil sebuah bola dengan radius tertentu R dan menurunkannya ke dalam media cair. Untuk menentukan kecepatan jatuhnya, carilah waktu yang diperlukan benda untuk berpindah dari satu titik ke titik lainnya. Mengetahui kecepatan bola, Anda dapat menghitung viskositas cairan.
Penerapan praktis viskometer
Penentuan viskositas suatu cairan sangat penting secara praktis dalam industri penyulingan minyak. Saat bekerja dengan media multifase dan tersebar, penting untuk mengetahuinya properti fisik, terutama gesekan internal. Viskometer modern terbuat dari bahan yang tahan lama, dan teknologi canggih digunakan dalam produksinya. Semua ini bersama-sama memungkinkan Anda untuk bekerja dengannya suhu tinggi dan tekanan tanpa membahayakan peralatan itu sendiri.
Viskositas fluida memegang peranan besar dalam industri karena pengangkutan, pengolahan dan produksi, misalnya minyak bumi, bergantung pada nilai gesekan internal campuran cairan.
Apa peran viskositas dalam peralatan medis?
Aliran campuran gas melalui pipa endotrakeal bergantung pada gesekan internal gas tersebut. Perubahan kekentalan medium di sini mempunyai pengaruh yang berbeda-beda terhadap penetrasi udara melalui alat dan bergantung pada komposisi campuran gas.
Perkenalan obat, vaksin melalui jarum suntik juga contoh cemerlang efek viskositas sedang. Kita berbicara tentang penurunan tekanan di ujung jarum saat menyuntikkan cairan, meskipun pada awalnya fenomena fisik ini diyakini dapat diabaikan. Munculnya tekanan tinggi di ujung - ini adalah akibat dari gesekan internal.
Kesimpulan
Viskositas medium adalah salah satunya besaran fisis, yang memiliki penerapan praktis yang bagus. Di laboratorium, industri, kedokteran - di semua bidang ini, konsep gesekan internal sangat sering muncul. Pengoperasian peralatan laboratorium yang paling sederhana mungkin bergantung pada derajat viskositas media yang digunakan untuk penelitian. Bahkan industri pengolahan tidak dapat hidup tanpa pengetahuan di bidang fisika.
