Pomiar wskaźnika lepkości mineralnego oleju

Komentarze

Transkrypt

Pomiar wskaźnika lepkości mineralnego oleju
ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH
I SILNIKÓW SPALINOWYCH
ZPSiSS
WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA
POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA
Al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Tel: 854-31-12, Fax: 854-31-12; Tlx: 0632224 prz pl
LABORATORIUM MATERIAŁÓW
EKSPLOATACYJNYCH
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
Temat ćwiczenia:
POMIAR WSKAŹNIKA LEPKOŚCI
OLEJU SILNIKOWEGO MINERALNEGO
Pomiar wskaźnika lepkości oleju silnikowego mineralnego
1. WSTĘP
Wskaźnik lepkości (WL) to liczba niemianowana określająca zależność lepkości
kinematycznej badanego oleju od temperatury w stosunku do dwóch olejów przyjętych jako
wzorce, których lepkości w temperaturze 100 C są takie same, jak lepkość badanego oleju w
temperaturze 100 °C. Im wyższa jest wartość wskaźnika lepkości, tym mniejsza zależność
lepkości od temperatury.
Oleje wzorcowe serii L to oleje o wskaźniku lepkości równym 0, o dużej zależności
lepkości od temperatury; oleje o większej zależności lepkości od temperatury, niż oleje serii L
maja wskaźniki lepkości ujemne.
Oleje wzorcowe serii H to oleje o wskaźniku lepkości równym 100, o małej zależności
lepkości od temperatury; oleje o mniejszej zależności lepkości od temperatury niż oleje serii
H mają wskaźniki lepkości powyżej 100.
Stosuje się dwie metody obliczania wskaźnika lepkości:
metoda A – dla olejów o wskaźniku lepkości do 100,
metoda B – dla olejów o wskaźniku lepkości 100 i powyżej 100.
Lepkością, inaczej tarciem wewnętrznym, nazywamy właściwość płynów i
plastycznych ciał stałych, która charakteryzuje ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu.
Lepkość stanowi jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów). Adekwatnie do
laminarnego modelu przepływu, lepkość wynika ze zdolności płynu do przekazywania pędu
pomiędzy warstwami poruszającymi się z różnymi prędkościami. Różnice w prędkościach
warstw są charakteryzowane w modelu laminarnym przez szybkość ścinania. Przekazywanie
pędu zachodzi dzięki pojawieniu się na granicy tych warstw naprężeń ścinających. Stosowane
są dwie miary lepkości: lepkość dynamiczna i lepkość kinematyczna.
Lepkość dynamiczna wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania v:
τ
η
v,
jednostką lepkości dynamicznej w układzie jednostek miar CGS jest Puaz (P):
g
1P 1
100 cP
cm s
.
W układzie SI analogiczną jednostką jest Pa·s:
kg
1 Pa s 1
10 P
m s
.
Lepkość kinematyczna (kinetyczna), jest stosunkiem lepkości dynamicznej do gęstości
płynu :
η
ν
ρ
Jednostką lepkości kinematycznej w układzie SI jest [m2/s]. W układzie CGS lepkość
kinematyczną mierzy się w Stokesach: 1 St = 1 cm2/s.
Laboratorium Materiałów Eksploatacyjnych
ZAKŁADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-2-
Pomiar wskaźnika lepkości oleju silnikowego mineralnego
2. STANOWISKO POMIAROWE I PRZEBIEG ĆWICZENIA
Lepkościomierz Höpplera.
Przygotować próbkę oleju silnikowego mineralnego.
Przebieg ćwiczenia:
1. Wypoziomować wiskozymetr.
2. Napełnić wiskozymetr badaną cieczą.
3. Dobrać kulkę (wcześniej określić jej parametry, tj. K i c) i umieścić ją wewnątrz cylindra
pomiarowego wiskozymetru.
4. Włączyć termostat i nastawić żądaną temperaturę tp (40 ºC i 100 ºC ).
5. Włączyć termometr weryfikujący temperaturę wewnątrz wiskozymetru.
6. Przeprowadzić trzykrotnie pomiar czasu (t1, t2, t3, przy czym tśr = (t1 + t2 + t3) / 3), w jakim
kulka przechodzi pomiędzy dwoma naniesionymi na cylindrze pomiarowym
pierścieniami. W tym celu, jeżeli kulka jest w dolnym położeniu, należy obrócić
wiskozymetr o 180° wokół osi poziomej. Jego prawidłowe położenie jest zabezpieczone
przez mechanizm blokujący.
7. Określić gęstość badanej cieczy w temperaturze pomiaru (przy 40 ºC i 100 ºC).
8. Wykonać obliczenia lepkości dynamicznej .
9. Wykonać obliczenia lepkości kinematycznej .
10. Wykonać obliczenia wskaźnika lepkości WL.
k
c
tśr
K
Lepkość dynamiczna badanej cieczy obliczana jest z zależności:
η t śr (ρ k ρ c ) K
– lepkość dynamiczna, mPa·s,
– gęstość kulki, g/cm3,
– gęstość badanej cieczy w temperaturze pomiaru, g/cm3,
– średni czas opadania kulki, s,
– stała kulki, mPa·cm3 ·g-1,
Laboratorium Materiałów Eksploatacyjnych
ZAKŁADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-3-
c
Pomiar wskaźnika lepkości oleju silnikowego mineralnego
Lepkość kinematyczna obliczana jest z zależności:
η
ν
ρ
2
– lepkość kinematyczna, mm /s,
– lepkość dynamiczna, mPa·s,
– gęstość badanej cieczy w temperaturze pomiaru, g/cm3.
Parametry kulek pomiarowych
Numer kulki
Średnica kulki
[mm]
Stała kulki K
[mPa·cm3·g-1]
GGL
1
2
3
4
5
6
15,910
15,805
15,630
15,560
15,000
13,500
10,000
2,10-4
0,009
0,07
0,13
1,2
10,5
40
Minimalny czas
opadania kulki
[s]
60
60
30
30
30
30
30
zakres pomiarowy [mPa·s]
dolny
górny
(przy tmin)
(przy t = 300 s)
0,6
5
3
30
25
250
250
2500
2500
25000
8000
80000
Tabela pomiarowa
Nazwa
substancji
tp
[ºC]
40
100
t1
[s]
t2
[s]
t3
[s]
tśr
[s]
k
[g/cm3]
c
[g/cm3]
K
[mPa·cm3 ·g-1]
[mPa·s]
[mm2/s]
Obliczenia wskaźnika lepkości WL
Obliczenia polegają na oznaczaniu lepkości kinematycznej w temperaturze 40 i 100 °C i
na obliczeniu wskaźnika lepkości do 100 wg metody A, a wskaźnika lepkości 100 oraz
powyżej 100 – wg metody B.
Metoda A. Obliczanie wskaźnika lepkości dla olejów o wskaźniku lepkości do 100.
Wskaźnik lepkości WL obliczyć wg wzoru:
L U 40
L U 40
WL
100
100
L H
D
L
– lepkość kinematyczna w temperaturze 40 °C oleju wzorcowego serii L, o WL = 0,
mającego w temperaturze 100 °C taka samą lepkość kinematyczną, jak olej badany,
mm2/s,
U40 – lepkość kinematyczna oleju badanego w temperaturze 40 °C, mm2/s,
H
– lepkość kinematyczna w temperaturze 40 °C oleju wzorcowego serii H, o WL = 100,
mającego w temperaturze 100 °C taką samą lepkość kinematyczną, jak olej badany,
mm2/s,
D
– różnica między lepkościami kinematycznymi olejów wzorcowych serii L i serii H,
mm2/s.
Dla olejów o lepkości kinematycznej w temperaturze 100 °C w granicach 2 70 mm2/s,
wartości L i D należy odczytać z tablicy podanej w normie PN-79/C-04013.
Jeżeli lepkość kinematyczna w temperaturze 100 °C oleju mieści się w granicach 2 70
2
mm /s, a nie występuje w tablicy, wartości L i D należy obliczyć przez interpolację liniową.
Jeże lepkość kinematyczna w temperaturze 100 °C oleju jest większa niż 70 mm2/s,
wartości L i D należy obliczyć wg wzorów:
L 0,8353 ( U100 ) 2 14,67 U100 216
D
0,6669 ( U100 ) 2
2,82 U100 119
Laboratorium Materiałów Eksploatacyjnych
ZAKŁADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-4-
U100
Pomiar wskaźnika lepkości oleju silnikowego mineralnego
– lepkość kinematyczna oleju badanego w temperaturze 100 °C, mm2/s,
Za wskaźnik lepkości oleju należy przyjąć liczbę całkowitą najbliższą otrzymanemu
wynikowi obliczania.
Metoda B. Obliczanie wskaźnika lepkości dla olejów o wskaźniku lepkości powyżej 100.
Wskaźnik lepkości WL obliczyć wg wzoru:
Anty log N 1
WL
100
0,00715
log H log U 40
N
log U100
H
– lepkość kinematyczna w temperaturze 40 °C oleju wzorcowego serii H, o WL = 100,
mającego w temperaturze 100 °C taką samą lepkość kinematyczną, jak olej badany,
mm2/s,
U40 – lepkość kinematyczna oleju badanego w temperaturze 40 °C, mm2/s,
U100 – lepkość kinematyczna oleju badanego w temperaturze 100 °C, mm2/s,
Dla oleju, którego lepkość kinematyczna w temperaturze 100 °C mieści się w granicach
2 70 mm2/s, wartość H należy odczytać z tablicy podanej w normie PN-79/C-04013.
Jeżeli lepkość kinematyczna w temperaturze 100 °C oleju mieści się w granicach 2 70
2
mm /s, a nie występuje w tablicy, wartość H należy obliczyć przez interpolację liniową.
Jeże lepkość kinematyczna w temperaturze 100 °C oleju jest większa niż 70 mm 2/s,
wartość H należy obliczyć wg wzoru:
H 0,1684 ( U100 ) 2 11,85 U100 97
U100 – lepkość kinematyczna oleju badanego w temperaturze 100 °C, mm2/s,
Za wskaźnik lepkości oleju należy przyjąć liczbę całkowitą najbliższą otrzymanemu
wynikowi obliczania.
Celem ćwiczenia jest poznanie metody określania wskaźnika lepkości oleju
smarującego.
3. SPRAWOZDANIE
Sprawozdanie powinno zawierać:
wstęp teoretyczny (uwzględniający opis metodyki pomiarowej),
schemat stanowiska pomiarowego,
opis pomiarów,
wyniki pomiarów i odpowiednie obliczenia,
wnioski.
LITERATURA
[1] Podniało A: Paliwa, oleje i smary w ekologicznej eksploatacji. Poradnik. WNT
Warszawa 2002.
[2] Zwierzycki W.: Oleje smarowe. Dobór i użytkowanie. ITE Radom 1996.
[3] Norma PN-79/C-04013 oraz PN-ISO 2909:2009.
Laboratorium Materiałów Eksploatacyjnych
ZAKŁADU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH
-5-

Podobne dokumenty