Variatia viscozitatii uleiurilor lubrifiante cu temperatura

Variatia viscozitatii uleiurilor lubrifiante cu temperatura

Principiul lucrarii:

Cele mai imporante proprietati ale lubrifiantilor lichizi sunt:

proprietati lubrifiante si de ungere: onctuozitate si vascozitate, punct de curgere, punct de congelare, etc.;

comportarea la temperaturi ridicate: inflamabilitate, aprindere, stabilitate termica, conductibilitate termica;

stabilitate la oxidare, la actiunea coroziva, proprietati de puritate: aciditate, alcalinitate, continut in compusi cu sulf, cifra de saponificare, cenusa, impuritati mecanice;

proprietati tensioactive: tensiune superficiala, tensiune interfaciala, spumare;

proprietati electrice: constanta electrica, pierderi in dielectric;

incarcare electrostatica;

proprietati optice: culoare, fluorescenta, indice de refractie.

Masurarea viscozitatii fluidelor se realizeaza cu anumite dispozitive, numite viscozimetre. Acestea se impart in trei categorii:

Viscozimetre capilare, in care se masoara timpul de scugere al unui volum de fluid testat printr-un tub capilar sau alt orificiu calibrat;

Viscozimetre empirice, care se bazeaza pe masurarea vitezei de cadere a unui obiect (bila, cilindru,banda) in fluidul testat;

Viscozimetre rotative, care se bazeaza pe masurarea momentului de frecare necesar antrenarii piesei mobile cu viteza constanta, unde fluidul testat se gaseste intre corpul (cilindru, con) care se afla in rotatie fata de un alt corp fix (cilindru, plan).

Lubrifiantii sunt materiale fluide, viscoase sau solide care se interpun intre suprafata de contact a doua corpuri solide, in scopul evitarii frecarii uscate, a micsorarii si incalzirii surpafetelor. Lubrifiantul trebuie sa adere la suprafata metalica si sa formeze o pelicula de ungere rezistena mecanic, termic si chimic.

Din punct de vedere al starii de agregare, lubrifiantii se impart in:

lubrefianti gazosi: aer, H₂O (abur), CO₂, He, H₂, N₂

- lubrifianti lichizi: uleiuri vegetale sau animale, uleiuri minerale, uleiuri sintetice, H₂O, materiale topite

- lubrifianti solizi: grafit, mica, PbO, SiO₂

- materiale visco-plastice, care contin lubrefiant lichid si material de ingrosare, cum ar fi argila sau sapun metalic pe baza de Ca, Li, Na, Al

Cele mai importante proprietati ale unui lubrefiant lichid sunt onctuozitatea si viscozitatea. Capacitatea lubrefiantilor lichizi de a adera la suprafetele metalice si de a forma pe acestea o pelicula rezistenta, care sa impiedice contactul direct dintre piesele in miscare, cu scopul eliminarii frecarilor uscate si a asigurarii ungerii la limita poarta numele de onctuozitate sau putere de ungere.

Viscozitatea este rezistenta opusa de lichid la deplasarea unuia din straturile sale in raport cu altul, ceea ce inseamna ca reprezinta rezistenta la curgere. Forta F care deplaseaza lichidul este proportionala cu suprafata stratului (S) si cu gradientul de viteza, functie de distanta dintre doua straturi (/l )

F = (dyn) (3.23.1)

(dyn sec/cm²) (3.23.2)

unde = viscozitatea dinamica. Unitatea de viscozitate absoluta sau dinamica se numeste Poise (P) si reprezinta forta de frecare, cand v =1 cm/s, S= 1cm² si l = 1cm.

Raportul dintre viscozitatea dinamica si densitate reprezinta viscozitatea cinematica, notata cu si se masoara in Stokes.

(cm²s^-1)    (3.23.3)

In tehnica se folosesc si marimi conventionale. Cea mai utilizata este viscozitatea conventionala Engler, care reprezinta raportul intre timpul de curgere al unui volum de ulei la o anumita temperatura si timpul de curgere al aceluiasi volum de apa distilata la 20⁰C, prin orificiul viscozimetrului Engler.

Pe baza lucrarilor lui Stokes, Einstein si Frenkel se foloseste ecuatia teoretica de dependenta a viscozitatii dinamice cu temperatura:

(3.23.4)

unde:

E₀ -energia de activare a procesului de curgere viscoasa

T- temperatura, K

_o si R -constante

Aceasta relatie este valabila si pentru variatia viscozitatii conventionale Engler cu temperatura si se poate folosi sub forma logaritmica :

(3.23.5)

Relatia (3.23.5) reprezinta ecuatia unei drepte, a carei panta este E_a/2,303R, ceea ce face posibil calculul marimii E_a.

Scopul lucrarii: este stabilirea variatiei viscozitatii Engler cu temperatura si calculul energiei de activare E_a..

Aparatura si substante:

Aparatura: viscozimetru Engler (fig.3.23.1), termometru, cronometru

Substante: ulei mineral

Fig. 3.23.1. Viscoziometrul Engler

Modul de lucru:

se obtureaza orificiul de curgere al vasului inferior cu ajutorul tijei metalice centrale si se introduc cca. 200 cm³ din uleiul de analizat;

se incalzeste uleiul prin intermediul baii de apa, masurand temperatura in baia de ulei cu ajutorul termometrului; cand temperatura atinge o valoare de aproximativ 4045⁰C, se opreste incalzirea si se asteapta cateva minute pentru stabilizarea temperaturii;

se ridica tija metalica ce obtureaza orificiul de curgere si se inregistreaza timpul in care, in vasul Engler, uleiul ajunge in dreptul reperului care indica 200 cm³.

Se procedeaza similar pentru alte doua masuratori la temperaturi cu 10 respectiv 20⁰C mai mari decat prima.

Calcule si rezultate:

Viscozitatea Engler se calculeaza cu relatia :

(3.23.6)

unde: t - timpul de curgere, in secunde a 200cm³ de ulei

c - constanta viscozimetrului, egala cu 52 secunde, adica timpul de curgere a 200cm³de apa distilata la 20⁰C.

Se alcatuieste urmatorul tabel :

Tabelul 3.23.1

Se reprezinta grafic log⁰En functie de 1/T.

Se calculeaza, din grafic, panta dreptei si tinand cont de relatia (3.23.5) se obtine energia de activare E_a.

_{R = 8,31 J/mol grad =1,98 cal/mol grad}

_{Interpretarea rezultatelor Se apreciaza calitatile lubrifiante ale uleiului in functie de dependenta viscozitatii de temperatura. Uleiurile parafinoase au variatii mici ale viscozitatii cu temperatura, spre deosebire de uleiurile cu continut ridicat de hidrocarburi aromatice.}

Tema de casa:

Sa se calculeze viscozitatea Engler a unui ulei lubrifiant la 25⁰C stiind ca timpul de curgere a 200 mL prin viscozimetrul Engler a fost de 1 min si 20 secunde, iar constanta aparatului este 60 de secunde.

Care este timpul de curgere a 200 mL ulei A prin orificiul calibrat al viscozimetrului Engler cu constanta 50 la 60⁰C, daca la aceasta temperatura viscozitatea Engler este 4⁰E.

Printr-un viscozimetru Engler, cu constanta de 60 sec, 200 mL ulei A, la t = 50⁰C, curge in 3,5 minute, iar un alt ulei B, la aceeasi temperatura curge in 5 minute. Calculati viscozitatea Engler pentru cele doua uleiuri.

Se determina variatia viscozitatii Engler cu temperatura la doua uleiuri, folosind un viscozimetru cu constanta c = 50s. Proba de 200 mL ulei curge prin viscozimetru, in primul caz in 3 min si 20 sec (la 20⁰C), 2min si 30 sec (la 40⁰C) si 1 min si 20 sec (la 60⁰C). Cel de al doilea ulei prezinta urmatoarele rezultate: 200s (la 25⁰C), 150s (50⁰C) si 75 s (70⁰C). Sa se arate care din cele doua uleiuri are o variatie mai mica a viscozitatii cu temperatura (se va demonstra grafic).

Sa se calculeze energia de activa a unui ulei mineral pentru care la temperatura de 20 ⁰C vascozitatea conventionala Engler este 5 iar la 60⁰C de grade este 2. Constanta aparatului este 60s.

.Variatia viscozitatii Engler a unui ulei cu temperatura este data in tabelul de mai jos:

Sa se determine energia de activare si constanta h , stiind ca constanta viscozimetrului este c = 50s.