Viscosidade Cinemática explicada

Figura 3. As equações de viscosidade são tão simples e elegantes quanto estas equações, que só se aplicam aos chamados fluidos Newtonianos. Além disso, a gravidade específica do fluido deve permanecer constante durante o período de tendência., Nenhuma destas condições pode ser assumida constante na análise do óleo usado, de modo que o analista deve estar ciente das condições sob as quais a variância pode ocorrer.Viscosidade Cinemática: fluidos Newtonianos vs. não Newtonianos

um fluido newtoniano é um fluido que mantém uma viscosidade constante em todas as taxas de cisalhamento (A tensão de cisalhamento varia linearmente com a taxa de cisalhamento). Estes fluidos são chamados de Newtonianos porque seguem a fórmula original estabelecida por Sir Isaac Newton em sua lei da mecânica dos fluidos. Alguns fluidos, no entanto, não se comportem assim. Em geral, são chamados fluidos não-Newtonianos., Os fluidos newtonianos incluem gases, água, petróleo, gasolina e álcool.

um grupo de fluidos não Newtonianos referidos como thixotrópicos são de particular interesse na análise de óleo usado porque a viscosidade de um fluido thixotrópico diminui à medida que a taxa de cisalhamento aumenta. A viscosidade de um fluido tixotrópico aumenta à medida que a taxa de cisalhamento diminui. Com fluidos thixotrópicos, o tempo de ajuste pode aumentar a viscosidade aparente como no caso da gordura. Exemplos de fluidos não Newtonianos incluem:

• Shear-thickening liquids: viscosidade aumenta à medida que a taxa de cisalhamento aumenta., Por exemplo, o amido de milho, quando colocado na água e mexido, começa a se sentir mais espesso ao longo do tempo.líquidos de cisalhamento: A viscosidade diminui à medida que a taxa de cisalhamento aumenta. Pintar as paredes é um bom exemplo disso. À medida que mexes a tinta, torna-se mais fluido.líquidos tixotrópicos: tornam-se menos viscosos quando agitados. Exemplos comuns disso são ketchup tomate e iogurte. Uma vez abalados, tornam-se mais fluidos. Quando deixados em paz, regressam a um estado gel.
• rheopectic liquids: become more viscous when agitated. Um exemplo comum disso é a tinta de impressão.,quids (maior taxa de cisalhamento, de alta viscosidade)
  Água Shear-thinning líquidos (maior taxa de cisalhamento, a viscosidade mais baixa) Óleo Tixotrópica líquidos (tornar-se menos viscoso quando agitado) Gasolina Rheopectic líquidos (tornar-se mais viscosa quando agitado) Álcool

  Viscosidade Cinemática: Um Exemplo Prático

  Imagine que você tem dois frascos antes de cheio com a maionese, o outro cheio de mel., Com ambos os frascos fixados na superfície da mesa com Velcro, imagine-se mergulhando facas idênticas de manteiga em cada um dos fluidos no mesmo ângulo e na mesma profundidade. Imagine agitar os dois fluidos girando as facas no mesmo rpm mantendo o mesmo ângulo de ataque.qual dos dois fluidos era mais difícil de mexer? Sua resposta deve ser mel, que é muito mais difícil de mexer do que maionese. Agora imagine separar os frascos do Velcro na mesa e virar os frascos para o lado deles. Que sai do frasco mais depressa, mel ou maionese?, Sua resposta deve ser mel; a maionese não fluirá de todo girando o jarro de seu lado.que fluido é mais viscoso, mel ou maionese? Se disse maionese, tem razão, pelo menos parcialmente. Da mesma forma, se você disse mel você está parcialmente correto. A razão para a anomalia aparente é que ao rodar a faca em ambas as substâncias, a taxa de cisalhamento varia, ao rodar cada frasco de seu lado está simplesmente medindo a resistência estática ao fluxo.,como o mel é um fluido newtoniano, enquanto a maionese não é Newtoniana, a viscosidade da maionese diminui à medida que a taxa de cisalhamento aumenta, ou à medida que a faca é rodada. Agitando sujeita a maionese a uma alta tensão de cisalhamento, fazendo-a ceder à ação forçada. Por outro lado, simplesmente colocar a jarra em seu lado submete a maionese a uma baixa tensão de cisalhamento, resultando em pouca ou nenhuma mudança de viscosidade, então ela tende a permanecer no jarro.não se pode medir convencionalmente a viscosidade de um fluido não newtoniano., Pelo contrário, deve-se medir a viscosidade aparente, que leva em consideração a taxa de cisalhamento a que a medição da viscosidade foi feita. (Ver Figura 4) tal como as medições da viscosidade não fazem sentido a menos que a temperatura do ensaio seja indicada, as medições da viscosidade aparente não fazem sentido a menos que a temperatura do ensaio e a taxa de cisalhamento sejam comunicadas.por exemplo, a viscosidade da massa lubrificante nunca é reportada, mas a viscosidade aparente da massa lubrificante é reportada em centipoises (cP)., (Nota: a viscosidade pode ser indicada para o óleo de base utilizado na produção da gordura, mas não para o produto acabado.)

  Geralmente falando, um fluido não é Newtoniano se é composto por uma substância suspensa (mas não quimicamente dissolvida) em um fluido hospedeiro. Para isso, existem duas categorias básicas, emulsões e suspensões coloidais. Uma emulsão é a coexistência física estável de dois fluidos imiscíveis. Maionese é um fluido comum não newtoniano, composto de ovos emulsionados em óleo, o fluido hospedeiro., Como a maionese não é Newtoniana, a sua viscosidade produz-se com a força aplicada, tornando-a fácil de espalhar.uma suspensão coloidal é constituída por partículas sólidas suspensas estavelmente num fluido hospedeiro. Muitas tintas são suspensões coloidais. Se a pintura era Newtoniana ele iria espalhar-se facilmente, mas a executar se a viscosidade é baixa, ou espalhar-se com muita dificuldade e deixar marcas de escova, mas não é executado se a viscosidade é alta.

  Uma vez que a tinta não é Newtoniana, a sua viscosidade produz-se sob a força do pincel, mas retorna quando o pincel é retirado., Como resultado, a tinta se espalha com relativa facilidade, mas não deixa marcas de pincel e não funciona.

  viscosidade dinâmica vs. cinemática: Qual é a diferença

  a viscosidade dinâmica determina a espessura do filme fornecida pelo óleo. A viscosidade cinemática é apenas uma tentativa conveniente de estimar o grau de espessura do filme que o óleo pode fornecer, mas tem menos significado se o óleo não é Newtoniano.,muitas formulações e Condições lubrificantes irão produzir um fluido não newtoniano, incluindo:

  • Índice de viscosidade (VI) aditivos de aditivos – óleos minerais Multigráticos (excepto óleos de base VI naturalmente elevados) são formulados com um aditivo primavera compacto a baixas temperaturas e que se expande a altas temperaturas em resposta ao aumento da solvência dos fluidos. Como esta molécula aditiva é diferente das moléculas do óleo hospedeiro, ela se comporta de forma não Newtoniana.,contaminação da água-óleo e água livre não se misturam, não quimicamente de qualquer forma. Mas sob certas circunstâncias, eles se combinarão para formar uma emulsão, assim como a maionese discutida anteriormente. Qualquer um que tenha visto óleo que parece café com creme pode atestar este fato. Embora possa parecer contraintuitivo, a contaminação da água, quando emulsionada no óleo, na verdade aumenta a viscosidade cinemática.,muitos subprodutos da degradação térmica e oxidativa são insolúveis, mas são transportados pelo óleo numa suspensão estável. Estas suspensões criam um comportamento não newtoniano.fuligem é uma partícula que resulta em uma suspensão coloidal no óleo. O aditivo dispersante do óleo, projetado para manter partículas de fuligem da aglomeração e crescimento, serve para facilitar a formação de uma suspensão coloidal.,

  Se fosse para medir a viscosidade absoluta de um desses comumente encontrados emulsões e colóides descrito acima, com uma variável taxa de cisalhamento absoluta viscosímetro (por exemplo, ASTM D4741), a medida diminuiria à medida que a taxa de cisalhamento aumenta, até um ponto de estabilização.se se dividir esta viscosidade absoluta estabilizada pela gravidade específica do fluido para estimar a viscosidade cinemática, o valor calculado diferiria da viscosidade cinemática medida., Novamente, as equações na Figura 3 aplicam-se apenas aos fluidos Newtonianos, não aos fluidos não Newtonianos descritos acima, e é por isso que esta discrepância ocorre.

  Viscosidade Cinemática e efeitos gravitacionais específicos

  olhe novamente para as equações Da Figura 3. As viscosidades absolutas e cinemáticas de um fluido newtoniano estão relacionadas como uma função da gravidade específica do fluido. Considere o aparelho na Figura 1, a ampola que contém o óleo da amostra, que é libertado quando o vácuo é eliminado, em seguida, produz uma cabeça de pressão que conduz o óleo através do tubo capilar.,pode-se supor que todos os fluidos produzirão a mesma cabeça de pressão? Não, a pressão é uma função da gravidade específica do fluido, ou peso em relação ao peso de um volume idêntico de água. A maioria dos óleos lubrificantes à base de hidrocarbonetos tem uma gravidade específica de 0,85 a 0,90. No entanto, isso pode mudar ao longo do tempo à medida que o óleo se degrada ou se torna contaminado (glicol, água e metais de desgaste, por exemplo), o que produz um diferencial entre as medições de viscosidade absoluta e cinemática.

  considere os dados apresentados na Tabela 2., Cada um dos novos cenários de petróleo é idêntico, e em ambos os casos a viscosidade absoluta aumenta em 10 por cento, geralmente o limite de condenação para uma mudança na viscosidade. No cenário a, a modesta alteração da gravidade específica resulta num ligeiro diferencial entre a viscosidade absoluta medida e a viscosidade cinemática.

  Este diferencial poderia atrasar ligeiramente a sonorização do alarme de mudança de óleo, mas não causaria grande erro. No entanto, no cenário B, O diferencial é muito maior. Aqui, a gravidade específica aumenta significativamente, o que resulta em um aumento medido de 1.,5% na viscosidade cinemática, contra um aumento de 10% medido com um viscosímetro absoluto.esta é uma diferença significativa que pode levar o analista a identificar a situação como não relatável. O erro que foi feito é a suposição em ambos os cenários de que os fluidos permanecem Newtonianos.devido às muitas possibilidades de formar fluidos não Newtonianos, o verdadeiro parâmetro de interesse para o analista de petróleo e técnico de lubrificantes deve ser a viscosidade absoluta. É o que determina a espessura do filme do fluido e o grau de proteção das superfícies dos componentes., No interesse da economia, da simplicidade e do fato de que novos procedimentos de teste de lubrificantes são comumente emprestados para a análise de óleo usado, a viscosidade cinemática do óleo é o parâmetro medido utilizado para a trending e tomada de decisões de gestão de lubrificantes. No entanto, em certos casos, isso pode estar introduzindo erros desnecessários na determinação da viscosidade de um óleo.

  O problema pode ser reduzido a matemática simples. Como as equações Da Figura 3 sugerem, a viscosidade absoluta e cinemática estão relacionadas em função da gravidade específica do óleo., Se tanto a viscosidade quanto a gravidade específica são dinâmicas, mas apenas uma é medida, um erro ocorrerá, e a viscosidade cinemática não fornecerá uma avaliação precisa da mudança na viscosidade absoluta do fluido, o parâmetro de interesse. A quantidade de erro é uma função da quantidade de mudança no parâmetro não mensurado, a gravidade específica.,pode-se tirar as seguintes conclusões desta discussão sobre a medição da viscosidade:

  • assumindo que o laboratório mede a viscosidade por métodos cinemáticos, adicionar a medição da gravidade específica a um programa de análise de óleo de laboratório de rotina ajudará a eliminar esta variável na estimativa da viscosidade absoluta a partir da viscosidade cinemática medida.

  • ao usar um viscosímetro no local, não procure um acordo completo entre o viscosímetro cinemático do Laboratório e o instrumento no local., A maioria destes dispositivos mede a viscosidade absoluta (cP) e aplica um algoritmo para estimar a viscosidade cinemática (cSt), muitas vezes mantendo a constante de gravidade específica. Considere a tendência dos resultados do viscosímetro no local em cP.é o parâmetro que está sendo medido, e ajuda a diferenciar a tendência no local da tendência de dados produzidos pelo laboratório com um viscometro cinemático. Não tente alcançar um acordo perfeito entre as medições de viscosidade no local e em laboratório. É inútil e gera pouco valor. Na melhor das hipóteses, procura uma correlação solta., Sempre baseie o novo óleo com o mesmo viscometro que você está usando com o óleo em serviço.reconhece que os fluidos não Newtonianos não proporcionam a mesma protecção para uma dada viscosidade cinemática que um fluido newtoniano com a mesma viscosidade cinemática. Como a viscosidade de um fluido não newtoniano vai variar com a taxa de cisalhamento, a força do filme é enfraquecida sob a carga operacional e velocidade., Essa é uma das razões pelas quais a água emulsionada aumenta a taxa de desgaste em componentes como rolamentos de elementos rolantes, onde a força do filme fluido é crítica (é claro, a água também causa outros mecanismos de desgaste como cavitação vaporosa, ferrugem e embritamento de hidrogênio e bolhas).a viscosidade é uma propriedade crítica do fluido, e a monitorização da viscosidade é essencial para a análise do óleo. As técnicas de medição da viscosidade dinâmica e cinemática podem produzir resultados muito diferentes ao testar óleos usados., Certifique-se de que os ins e outs da medição da viscosidade e do comportamento do fluido viscoso são entendidos de modo que decisões de lubrificação precisa podem ser feitas.

    

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