روغنهای روانکار به عنوان یکی از اجزای حیاتی در سیستمهای مکانیکی مانند موتورهای احتراق داخلی خودروها، نقش کلیدی در روانکاری، کاهش اصطکاک و حفاظت از قطعات در برابر سایش ایفا میکنند. یکی از مهمترین چالشها در عملکرد این روغنها، رفتار آنها در دماهای پایین است، زیرا کاهش دما میتواند باعث افزایش شدید ویسکوزیته در روغنها شود و این افزایش ویسکوزیته اختلال در روانکاری را به همراه دارد. استاندارد ASTM D5133 ، استانداردی پیشرفته برای شبیهسازی و ارزیابی این رفتارها ارائه میدهد. اما باید بررسی کنیم این استاندارد چه ویژگی هایی دارد و چه دستگاهی میتواند برای این امر مناسب باشد؟
کمپانی Anton Paar با تولید دستگاه ویسکومتر چرخشی (دستگاه اندازه گیری ژلاتینه روغن) مدل ViscoQC به این سوالات پاسخ میدهد.
اگر ویسکوزیته در دمای پایین کنترل نشود چه مشکلاتی ایجاد میگردد؟
اندازهگیری ویسکوزیته در دماهای پایین نه تنها برای تضمین عملکرد صحیح دستگاه های مکانیکی ضروری است، بلکه میتواند رفتار استارت سرد موتورها را پیشبینی کند. در دماهای پایین، دو مشکل ایجاد میشود: افزایش ویسکوزیته رفتار محدود جریان (flow- limited behavior) را به دنبال دارد وهمچنین ممکن است روغن حالت ژل مانند پیدا کند و باعث ورود هوا به سیستم شود(air-binding behavior) . این پدیدهها میتوانند جریان روغن به پمپ را مختل کنند و منجر به کمبود روانکاری در لحظات اولیه استارت موتور شوند، که نتیجه آن سایش شدید، آسیب به قطعات و حتی خرابی کامل موتور است. مقدار ویسکوزیته بحرانی برای پمپ شدن معمولاً بین ۳۰,۰۰۰ تا ۴۰,۰۰۰ میلیپاسکال ثانیه قرار دارد؛ عبور از این حد میتواند پمپ روغن را ضعیف کند و باعث آسیب فوری یا تدریجی به موتور شود.
روغن موتور ژلاتینه شده در مقابل روغن موتور غیر ژلاتینه شده
تاریخچه بررسی ویسکوزیته در دمای پایین و توسعه آزمون ASTM D5133
تاریخچه توسعه این آزمون به زمستان سال ۱۹۸۰ بازمیگردد، زمانی که تعداد زیادی از موتورهای خودرو در کشورهای سردسیر به دلیل ژلاتین شدن روغنهای موتور آسیب دیدند. این رویداد فاجعهبار نشان داد که روشهای آزمون قبلی قادر به تشخیص ژلاتین شدن طی خنک سازی آهسته در محدوده دمایی گسترده نبودند. در نتیجه، آزمون ASTM D5133 توسعه یافت تا روغنهای موتور را از نظر عدم بروز ژلاتین در دماهای عملیاتی ارزیابی کند.
امروزه، با روند رو به رشد استفاده از روغن های پایه پارافینیک بالا و روغنهای گیاهی یا زیستمحور، که به طور ذاتی مستعد ژلاتین شدن هستند و ممکن است نقطه ژلاتین بالاتری داشته باشند، اهمیت این آزمون دوچندان شده است. فرمولاسیونهای جدید روغن موتور باید با دقت بالایی بررسی شوند تا در بازارهای کشورهای سرد مانند کانادا، روسیه، فنلاند یا مناطق شمالی اروپا مشکلی ایجاد نکنند.
استاندارد ASTM D5133 چیست و چگونه عمل میکند؟
استاندارد ASTM D5133 (روش آزمون استاندارد برای تعیین وابستگی ویسکوزیته به دما در Shear rate پایین و دمای پایین روغنهای روانکننده با استفاده از تکنیک اسکن دما) ابزاری پیشرفته برای شبیهسازی و ارزیابی این رفتارها ارائه میدهد. این روش، ویسکوزیته روغن را تحت شرایط Shear rate پایین (حدود0.2 s-1) و خنک سازی آهسته اندازهگیری میکند. نمونه روغن در محدوده دمایی از 5- درجه سانتیگراد تا 40- درجه سانتیگراد (یا تا رسیدن ویسکوزیته به حداکثر ۴۰,۰۰۰ میلیپاسکال ثانیه) با نرخ خنکسازی ۱ درجه سانتیگراد در ساعت خنک میشود. این شرایط به طور واقعی رفتار روغن در استارت سرد موتورهای خودرو یا تجهیزات صنعتی در مناطق سردسیر را شبیهسازی میکند.
این استاندارد چه پارامتری را اندازه میگیرد؟
یکی از خروجیهای اصلی این آزمون، شاخص ژلاتین (Gelation Index) است. این شاخص، حداکثر نرخ افزایش ویسکوزیته را هنگام افزایش دما به میزان یک کلوین محاسبه میکند. با رسم مقادیر این شاخص در برابر دما (محور x: دما، محور y: شاخص) یک پیک واضح ظاهر میشود که نشاندهنده ژلاتین است. مقدار حداکثر این پیک، شاخص ژلاتین نامیده میشود و دمایی که در آن رخ میدهد، دمای شاخص ژلاتین (Gelation Index Temperature) است.
چه تجهیزاتی برای این آزمون مناسب است؟
دستگاه اندازه گیری شاخص ژلاتین میتواند برای این آزمون تعیین گرانروی دینامیکی روغن مناسب باشد. این دستگاه قادر به اندازهگیری ویسکوزیته تا حداقل ۴۵,۰۰۰ میلیپاسکال ثانیه است . برای این آزمون باید از اسپیندل اندازهگیری ویژه استفاده شود. اسپیندلی با طول ۶۵.۵ میلیمتر و قطر ۱۸.۴۰ میلیمتر نیاز است.
سیستم دمایی برای این آزمون باید رمپ خنکسازی ۱ درجه در ساعت را از 5- تا 40- درجه سانتیگراد فراهم کند. دستگاههای مدرن مبتنی بر فناوری پلتیر مزایای زیادی مانند کنترل مستقیم از طریق نرمافزار دستگاه، عدم نیاز به مایعات خنککننده قابل اشتعال و دقت بالاتر دارند؛ بنابراین کیفیت بالاتری ایجاد میکنند.
نحوه انجام تست با دستگاه اندازه گیری شاخص ژلاتین
مراحل آزمون به شرح زیر است:
- پر کردن ۱۶ میلیلیتر نمونه همگن در سیستم اندازهگیری.
- گرم کردن از پیش نمونه به 90+ درجه سانتیگراد به مدت ۱.۵ تا ۲ ساعت برای حذف کامل حافظه حرارتی روغن، زیرا تاریخچه حرارتی قبلی میتواند بر خواص ژلاسیون تأثیر بگذارد.
- کاهش دما به 5- درجه سانتیگراد و نگهداری برای ۱۵ تا ۳۰ دقیقه تا تعادل کامل دمایی.
- اجرای رمپ دمایی با نرخ خنکسازی ۱ درجه در ساعت و اعمال همزمان نرخ برش پایین.
- تحلیل دادهها برای محاسبه شاخص ژلاتین، دمای شاخص ژلاتین و گزارش دماهای ویسکوزیتههای کلیدی.
استانداردهای مرتبط دیگر برای این دستگاه
- ASTM D7110 : روش آزمون استاندارد برای تعیین رابطه ویسکوزیته-دما روغنهای موتور استفاده شده و حاوی دوده در دماهای پایین با رمپ دمایی 3 درجه سانتیگراد در ساعت
- ASTM D2983 : روش آزمون استاندارد برای ویسکوزیته دمای پایین سیالات انتقال اتوماتیک، سیالات هیدرولیک و روانکنندهها
- ASTM D8210 : روش آزمون استاندارد برای تعیین اتوماتیک ویسکوزیته دمای پایین سیالات انتقال اتوماتیک، سیالات هیدرولیک و روانکنندهها
- DIN 51398 : آزمون روانکنندهها؛ روش اندازهگیری ویسکوزیته دمای پایین با ویسکومتر بروکفیلد (روش حمام مایع)
جمع بندی
تعیین گرانروی دینامیکی روغن در دماهای پایین به منظور کاهش اصطکاک و حفاظت از قطعات در برابر سایش اهمیت بالایی دارد. دستگاه ViscoQC برند آنتون پار به عنوان دستگاه اندازه گیری شاخص ژلاتین، مناسبترین دستگاه برای این آزمون است و میتواند با استفاده از استاندارد ASTM D5133 اندازهگیری ویسکوزیته را در محدوده غلظت مورد نظر انجام دهد و از بروز مشکلاتی مانند آسیب به قطعات جلوگیری کند. برای خرید این دستگاه و اطلاعات فنی بیشتر، می توانید با واحد فروش ما تماس بگیرید.