Как найти динамическая вязкость масла

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

IV Международный конкурснаучно-исследовательских и творческих работ учащихся

«СТАРТ В НАУКЕ»

СЕКЦИЯ «ФИЗИКА»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

Работу выполнили: ученики 11 «А» кл.

Ворона Никита и

Шмельков Максим

МБОУ Школа № 129

г.о. Самара

Научный руководитель: Абрамова

Маргарита Валентиновна

учитель физики,

МБОУ Школа № 129

г.о. Самара

Москва, 2017г

Содержание: стр.

I Введение 3

1. Актуальность работы

2. Цели и задачи

3. Методы исследования

II Теоретическая часть 4

1. Вязкость жидкости. Внутреннее трение.

2. ГОСТ 33-2000 («Нефтепродукты. Прозрачные и 7

непрозрачные жидкости. Определение кинематической

вязкости и расчет динамической вязкости»)

3. ГОСТ 4333-87 («Определение температуры

вспышки и воспламенения масел в открытом тигле»)

4. ГОСТ 6370-83 («Метод определения механических

примесей в машинных маслах»)

III Практическая часть 8

1. Определение кинематической и динамической вязкости

смазочных масел с помощью Вискозиметра ВПЖ-4.

2. Определение температур вспышки и воспламенения 13

масел в открытом тигле.

3. Определения механических примесей в машинных маслах

IV Выводы 16

V Список использованной литературы 17

I Введение

Актуальность темы

Вот уже второй год мы обучаемся в классе «Роснефть» и усиленно занимаемся физикой, химией и математикой. Наша будущая профессия связана с нефтяной промышленностью, с заводом по переработки нефти (КНПЗ). Посещая лаборатории завода, знакомясь с продукцией, которую завод выпускает, нас заинтересовал такой продукт как смазочные материалы (масла), полученные в результате переработки нефти. Как известно, основными функциями смазочных масел, являются уменьшение трения между трущимися поверхностями, предотвращение износа материала этих частей и охлаждение узлов трения. Масла, применяемые в поршневых двигателях внутреннего сгорания, должны также препятствовать прорыву рабочей смеси и продуктов сгорания из цилиндра двигателя в его картер. Уменьшение трения достигается тем, что при наличии жидкой смазки сухое трение металлических поверхностей заменяется жидкостным трением слоев масла между собой, а коэффициент жидкостного трения в десятки и сотни раз меньше коэффициента сухого трения. Наличие жидкостного слоя между трущимися поверхностями позволяет также почти полностью избежать их механического истирания и разрушения. Наконец, третья функция смазочного масла — снятие выделяющегося при трении тепла. Для всей группы моторных масел важное эксплуатационное значение имеет вязкостно-температурная характеристика, т.к. при низких температурах вязкость масла не должна быть слишком высокой, чтобы не затруднялся запуск двигателя. Вязкость масла и наличие в нем механических примесей влияют на работу оборудования (двигателя ВС, насоса, …), на износ запчастей, что является определяющим фактором расчета стоимости работы и получения прибыли на практике. Но, кроме этого параметра масла, необходимо учитывать и температуру, при которой масло может в двигателе воспламениться. В этом, пожалуй, и состоит актуальность выбранной нами темы.

Гипотеза: Существуют оптимальные методы определения вязкости, температуры вспышки и доли механических примесей смазочных масел.

Объект исследования: внутреннее трение.

Предмет исследования: смазочные масла Mobil

Методика исследования

Для решения этих задач наша работа была организована в несколько этапов:

• подбор литературы и изучение её по данной теме; знакомство с экспериментальной установкой в лабораториях СамГУ и КНПЗ; составления плана практической части работы; составление таблиц для занесения результатов эксперимента;

• проведение исследования и обработка данных;

• анализ результатов и выводы по ним.

Цель работы — поиск оптимальных методов определения важных физических параметров смазочных масел.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Выделить методы определения вязкости жидкости.

3. Ознакомиться с техникой безопасности при работе в лаборатории КНПЗ и СамГУ.

3. Подготовить оборудование, необходимое для выполнения эксперимента и выполнить эксперимент.

4. Собрать и обработать данные, провести обработку результатов измерений. Сделать выводы.

5. Показать практическую значимость определения вязкости смазочных масел.

II Теоретическая часть.

Внутреннее трение. Вязкость жидкости.

Всем реальным жидкостям и газам присуща вязкость или внутреннее трение. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается. ВЯЗКОСТЬ — это свойство жидкости, определяющее ее текучесть и чем выше вязкость — тем гуще жидкость(чем меньше ее текучесть, тем больше в ней вязкость). Когда двигатель холодный, масло обладает тенденцией сгущаться. В этом случае важно, чтобы оно оставалось жидким даже при низких температурах, чтобы протекать через двигатель, защищать его детали и способствовать пуску. Чем меньше вязкость, тем в большей степени масло будет сохранять свою текучесть в холодную погоду или при пуске двигателя. Вязкость моторного масла, во-первых, является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым износ двигателя. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя. Чем выше вязкость, тем толще масляная пленка и надежнее смазывание, но тем больше потери мощности на преодоление жидкостного трения.

Что же такое внутреннее трение? Внутреннее трение (вязкость) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Выберем площадку ΔS, вдоль которой соприкасаются два соседних слоя L и M (рис.1).

Обозначими₁ ии₂ скорости слоев на расстояниях λ от площадки ∆S (λ – средняя длина свободного пробега молекул). Когда слои жидкости или газа движутся относительно друг друга с различными скоростями и₁ ии₂ (рис. 1), то частицы, переходя из одного слоя в другой, переносят и свой импульс. Следовательно, в слое Lпоявляются молекулы с большими скоростями, а в слое M – с меньшими. Каждая молекула, имеющая массу m при переходе из одного слоя в другой, изменяет свой импульс на m∆u . Если температура жидкости или газа постоянна, то все молекулы имеют одинаковую скорость теплового движения υ. За время Δt молекула пролетает расстояние υΔt. Число молекул в слоях М и L, прилегающих к площадке ∆S равно N₀=n₀(υ)∆SΔt, где n₀ – концентрация молекул.

В результате хаотического движения только N₀ перейдет из слоя в слой (перейдет в заданном направлении: снизу вверх рис.1), т.е.

N₀ = n₀(υ)∆SΔt,

где n₀ – концентрация частиц в слое, υ – средняя скорость теплового движения молекул, υ=.

Суммарное изменение импульса, происходящее в каждом слое:

Согласно второму закону Ньютона, ежесекундное изменение импульса слоя есть приложенная к нему внешняя сила:

Таким образом, перенос импульса от одного слоя к другому воспринимается как сила трения F, действующая на данный слой со стороны соседних слоев.

Закон внутреннего трения был установлен И. Ньютоном и имеет

вид: (1)

Сила трения пропорциональна площади ΔS, лежащей в плоскости соприкосновения двух слоев газа или жидкости, градиенту скорости и действует по касательной к поверхности раздела слоев.

η – динамическая вязкость или коэффициент внутреннего трения.

Из (1):

(2).

Физический смысл коэффициента внутреннего трения (или вязкости) из формулы (2): вязкость численно равна силе, действующей на единицу площади при градиенте скорости, равном единице. Вязкость вычисляется по формуле: (3)

Размерность коэффициента вязкости . В некоторых случаях принято пользоваться так называемой кинематической вязкостью, равной динамической вязкости жидкости, деленной на плотность жидкости = n (4), размерность этой величины — мм²/с.

Градиент скорости определяется в направлении, перпендикулярном площадке ΔS, сверху и снизу от которой движутся слои с различными скоростями и₁ и и₂. Знак минус в (1) показывает, что импульс переносится в направлении уменьшения скорости. – градиент скорости направленного движения слоев. Градиентом (grad) физической величины называют вектор, характеризующий быстроту изменения этой величины вдоль данной оси на единицу длины. Направлен градиент в сторону наибольшего возрастания этой величины.

Для определения динамической и кинематической вязкости жидкости (масел MOBIL) мы применили ГОСТ 33-2000(полный аутентичный текст международного стандарта ИСО 3104-94 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости»). Сущность этого метода заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения, в секундах, определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при постоянной температуре.

Для определения температуры вспышки, мы применили

ГОСТ 4333-87 («Определение температуры вспышки и воспламенения масел в открытом тигле»). Суть этого метода заключается в последовательном контролируемом нагревании масла и фиксации вспышки (возгорания) паров машинного масла над его поверхностью) с помощью специального фитиля.

Для определения наличия механических примесей в смазочных маслах, мы применили ГОСТ 6370-83 («Метод определения механических примесей в машинных маслах»). Сущность метода заключается в фильтровании испытуемых продуктов с предварительным растворением медленно фильтрующихся продуктов в бензине или толуоле, промывании осадка на фильтре растворителем с последующим высушиванием и взвешиванием.

III Практическая часть

Вискозиметр ВПЖ-4

В лаборатории КНПЗ (Куйбышевского нефтеперерабатывающего завода), я познакомилась со способом определения вязкости жидкости при помощи капиллярного стеклянного вискозиметра ВПЖ-4 (рис.1). Вискозиметр типа ВПЖ может быть использован для определения кинематической вязкости непрозрачных жидкостей (какими чаще всего являются нефть и масла). Вискозиметры ВПЖ-4 измеряют вязкость при положительных температурах. Это наиболее точные из вискозиметров, время течения жидкости в них не зависит от гидростатического давления и количества жидкости, налитой в вискозиметр. Измерение вязкости основано на определении времени истечения через капилляр объема жидкости из измерительного резервуара.

Динамическую вязкость ŋ вычисляют как произведение кинематической вязкости n жидкости на ее плотность ρ. Кинематическая вязкость характеризует текучесть моторного масла в условиях нормальных и высоких температурах. По общепринятому стандарту ее измеряют при 40 и 100 градусах по Цельсию. Измеряется кинематическая вязкость в сантистоксах (cST или сСт), либо в капилляр-визкозиметрах – в этом случае кинематическая вязкость отражает время вытекания определенного количества масла из сосуда с калиброванным отверстием на дне (капиллярный вискозиметр) под действием силы тяжести. В зависимости от плотности смазочного материала кинематическая и динамическая вязкость численно отличаются друг от друга. Динамическая вязкость — это физическая величина, характеризующая силу сопротивления, возникающую при перемещении со скоростью 1 см/с двух слоев жидкости площадью в 1см², находящихся на расстоянии в 1 сантиметр друг от друга. В отличие от кинематической, динамическая вязкость не зависит от плотности самой смазки. Определяется динамическая вязкость при помощи вискозиметров, которые имитируют реальные условия работы моторных масел.

1. При движении жидкости под действием силы тяжести при данном гидростатическом давлении, давление жидкости пропорционально ее плотности ρ. Для всех вискозиметров время истечения определенного объема жидкости прямо пропорционально ее кинематической вязкости n, где n=ŋ/ρ, ŋ—динамическая вязкость.

1. Наполненный маслом вискозиметр выдерживаем в водяной бане до тех пор, пока он не прогреется до температуры испытания (40⁰С). После того, как образец достиг температурного равновесия, доводим объем образца (масла) до требуемого уровня. Используя подсос, устанавливаем высоту столбика образца в капилляре вискозиметра до уровня, находящегося приблизительно на 7 мм выше первой (верхней) временной метки. При свободном истечении образца определяем с точностью до 0,1с время, необходимое для перемещения мениска от первой до второй метки. Если время истечения окажется меньше установленного минимального (200с), подбираем вискозиметр с меньшим диаметром капилляра и повторяем определение.

Повторяем определение, ещё раз, для получения второго значения и записываем результат. Так как два измерения, полученные нами, согласуются с установленной величиной определяемости, то рассчитываем среднее арифметическое значение двух измерений времени истечения. (Если же два измерения не согласуются, следует повторить определение после тщательной очистки и сушки вискозиметра и фильтрации образца)

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов кинематической вязкости в двух вискозиметрах, если расхождение между ними не превышает значений ±1,2

Тип вискозиметра	Наименование вискозиметра	Пределы кинематической вязкости, мм2/с
А	ВПЖ-4	0,6-10000

Диаметр вискозиметра 0,99 мм

Постоянная вискозиметра 0,09087 мм²/с²

Постоянная вискозиметра С зависит от гравитационного ускорения в месте калибровки и, следовательно, указывается лабораторией по стандартизации.

Если ускорение силы тяжести отличается более чем на 0,1%, постоянную калибровки корректируют по формуле C=(g₁/g₂)C₀

Формула для расчета гравитационного ускорения:

Географическая широта места эксперимента:

φ=53°12′00″ С.Ш.

Высота над уровнем моря: h=117 м

Получен результат: g=9,813522 м/с² (территория КНПЗ, Самара)

Кинематическую вязкость n, мм²/с, рассчитала по формуле:

n= (g/9,807)·C₀ ·t = C·t

Предварительно выполнила расчеты, определив значение С-калибровочной постоянной вискозиметра:

С= (g/9,807)·C₀ =0,09087 мм²/с².

Кинематическую вязкость n, мм²/с, рассчитывают по формуле n=Ct,

где С— калибровочная постоянная вискозиметра, мм²/с²;

t— среднее арифметическое значение времени истечения, с.

Динамическую вязкость ŋ(МПа·с), рассчитываем на основании кинематической вязкости по формуле

ŋ = n·ρ 10^-3,

где ρ — плотность при той же температуре, при которой определялась кинематическая вязкость, кг/м³;

n — кинематическая вязкость, мм²/с.

Записываем результаты испытания кинематической и динамической вязкости до четырех значащих цифр и температуру испытания. Результаты определения кинематической и динамической вязкости округляем до 0,01 % измеренной или расчетной величины соответственно.

1cSt=10^-6 м²/с

1мм²/с = 10^-6 м²/с

№	Температура масла, °С	Плотность масла, кг/м3	Постоянная Вискозиметра х 10-6м2/с2	времени истечения, с	Кинематическая вязкость, х10-6 м2/с (cSt)
2	40	829,1	0,09087	457,8	41,6
3	60	813,1	0,09087	336,7	30,6
4	80	799,7	0,09087	231,1	21,0
5	98,8	784,9	0,09087	200,1	18,18

Из таблицы видно, что зависимость кинематической вязкости от температуры – обратнопропорциональная.

Для расчетов зависимости кинематической вязкости масла от температуры использовала калькулятор CASIO. Перевела его в режим

«Статистические вычисления» (STAT)

«Статистические вычисления» (STAT)

Получив математическую формулу зависимости кинематической вязкости от температуры, вводим данные в программу компьютера для построения графика и получаем:

В своей работе я так же определила температуру вспышки и воспламенения масла в открытом тигле, поскольку этот параметр очень важен при эксплуатации смазочных масел.

Сущность методов заключается в нагревании пробы нефтепродукта (масла) в открытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока не произойдет вспышка паров (температура вспышки) нефтепродукта над его поверхностью от зажигательного устройства и пока при дальнейшем нагревании не произойдет загорание продукта (температура воспламенения) с продолжительностью горения не менее 5с. Температура пробы после нагревания должна быть ниже предполагаемой температуры вспышки не менее чем на 56°С. Аппарат устанавливают на горизонтальном столе в таком месте, где нет заметного движения воздуха и вспышка хорошо видна. Для защиты от движения воздуха аппарат с трех сторон окружают экраном или щитом. Перед проведением каждого испытания аппарат охлаждают. При работе с токсичными продуктами или продуктами, содержащими ароматические углеводороды (продукты пиролиза), пары которых являются токсичными, аппарат помещают вместе с экраном или со щитом в вытяжной шкаф. При температуре на 56°С ниже предполагаемой температуры вспышки движение воздуха в вытяжном шкафу следует поддерживать без создания сильных потоков над тиглем, для чего необходимо работать при закрытой верхней заслонке вентиляционного устройства вытяжного шкафа. В тигель помещают термометр в строго вертикальном положении так, чтобы нижний конец термометра находился на расстоянии 6 мм от дна тигля и на равном расстоянии от центра и от стенок тигля. Тигель заполняют нефтепродуктом (маслом MOBIL) так, чтобы верхний мениск точно совпадал с меткой. При наполнении тигля выше метки избыток нефтепродукта удаляют пипеткой или другим соответствующим приспособлением. Удаляют пузырьки воздуха с поверхности пробы.

Не допускается смачивание стенок тигля выше уровня жидкости.Тигель с пробой нагревают пламенем газовой горелки или при помощи электрообогрева сначала со скоростью 14-17°С в минуту. Когда температура пробы будет приблизительно на 56°С ниже предполагаемой температуры вспышки, скорость подогрева регулируют так, чтобы последние 28°С перед температурой вспышки нефтепродукт нагревался со скоростью 5⁰-6⁰С в минуту. Зажигают пламя зажигательного устройства и регулируют его таким образом, чтобы размер диаметра пламени был примерно 4 мм. Его сравнивают с лекалом (шариком-шаблоном). Начиная с температуры не менее чем на 28°С ниже температуры вспышки, каждый раз применяют зажигательное устройство при повышении температуры пробы на 2°С.

Пламя зажигательного устройства перемещают в горизонтальном направлении, не останавливаясь над краем тигля, и проводят им над центром тигля в одном направлении в течение 1с.При последующем повышении температуры перемещают пламя зажигания в обратном направлении. За температуру вспышки принимают температуру, показываемую термометром при появлении первого синего пламени над частью или над всей поверхностью испытуемого нефтепродукта. В случае появления неясной вспышки она должна быть подтверждена последующей вспышкой через 2⁰С.

Для определения температуры воспламенения продолжают нагрев пробы со скоростью 5-6°С в минуту, повторяя испытание пламенем зажигательного приспособления через каждые 2°С подъема температуры нефтепродукта. За температуру воспламенения принимают температуру, показываемую термометром в тот момент, в который испытуемый нефтепродукт при поднесении к нему пламени зажигательного приспособления загорается и продолжает гореть не менее5с.

За результат испытания принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений, округленное до целого числа и выраженное в градусах Цельсия.

№	Температура воспламенения масла, °С
1	215,5
2	217

Среднее значение температура воспламенения масла 216,25⁰С.

∆t = 216,25 — 215,5 = 0,75⁰С

∆t = 216,25 – 217 = 0,75⁰С

Два результата испытаний, полученные одним исполнителем, признаются достоверными (с 95%-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает значений, указанных в табл.1.Таблица 1

Наименование показателя	Сходимость, °С
Температура вспышки	5
Температура воспламенения	8
Термин	Пояснение
Температура вспышки нефтепродукта в открытом тигле	Минимальная температура, при которой пары продукта, нагреваемого в условиях, установленных настоящим стандартом, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени
Температура воспламенения нефтепродукта	Минимальная температура, при которой продукт, нагреваемый в условиях, установленных настоящим стандартом, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 с

Определения механических примесей

в машинных маслах

1. ПОДГОТОВКА

1. Бумажный фильтр промываем тем же растворителем , который применим при испытании(бензином).

Бумажный фильтр поместили в чистый сухой стаканчик для взвешивания.

2. Стаканчик с фильтром с открытой крышкой посушили в сушильном шкафу при температуре (105 ± 2) °С в течение 45 мин, после чего стаканчик закрываем крышкой. Стаканчик с фильтром охладили в эксикаторе в течение 30 мин и взвесили с погрешностью не более 0,0002 г.

3. Стаканчик с фильтром высушиваем и взвешиваем до получения расхождения между двумя последовательными взвешиваниями не более 0,0004 г. Повторные высушивания фильтра производим в течение 30 мин.

1. ИСПЫТАНИЯ

1. В стакан поместили подготовленную пробу испытуемого продукта (машинного масла) и разбавили подогретым растворителем (бензином). Перед испытанием предварительно определили минимальный объем пробы и растворителя, необходимого для ее растворения (использовали специальную таблицу соотношений объема пробы и растворителя).

2. Бензин для растворения пробы подогрели на водяной бане до температуры 40^оС . Не допускаем кипение растворителя при подогреве. Содержимое стакана фильтруем через подготовленный бумажный фильтр, помещенный в стеклянную воронку. Раствор налили на фильтр по стеклянной палочке, воронку с фильтром наполнили раствором не более чем на ³/₄ высоты фильтра. Остаток на стакане смыли на фильтр чистым бензином до тех пор, пока капля фильтрата, помещенная на фильтровальную бумагу, не будет оставлять масляного пятна после испарения. Остатки масла, приставшие к стенкам стакана, снимаем стеклянной палочкой и смываем на фильтр горячим чистым бензином, нагретым до 40 °С .

3. После фильтрации фильтр с осадком при помощи промывалки с резиновой грушей промыли подогретым до 40°С бензином до тех пор, пока на фильтре не будет следов нефтепродукта и растворитель не будет стекать совершенно прозрачным и бесцветным.

4. По окончании промывки фильтр с осадком перенесли в стаканчик для взвешивания с открытой крышкой, в котором сушился чистый фильтр. Стаканчик с фильтром с открытой крышкой сушим в сушильном шкафу при температуре (105 ± 2) °С не менее 45 мин. Затем стаканчик закрываем крышкой, стаканчик с фильтром охлаждаем в эксикаторе в течение 30 мин и взвешиваем, с погрешностью не более 0,0002 г.

5. Стаканчик с фильтром высушиваем и взвешиваем до получения расхождения между двумя последовательными взвешиваниями не более 0,0004 грамм. Повторные высушивания фильтра так же, как и последующие охлаждения, проводят в течение 30 мин.

1. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Массовую долю механических примесей (X) в процентах вычисляют по формуле

где m₁ — масса стаканчика для взвешивания с бумажным фильтром и механическими примесями , г;

m₂— масса стаканчика для взвешивания с чистым подготовленным бумажным фильтром , г;

m₃ -масса пробы, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.

Механические примеси, %
До 0,01%

Массовая доля механических примесей до 0,005 % включительно оценивается как их отсутствие.

Выводы:

1. Мы познакомились с оптимальным методом определения вязкости смазочных масел.

2. В результате проведенных опытов мы выяснили, что коэффициент внутреннего трения зависит от плотности масла.

3. Коэффициент вязкости масла весьма сильно зависит от температуры.

С увеличением температуры вязкость жидкостей резко падает.

4. Вязкость – характеристика внутреннего трения жидкости. Это трение возникает между слоями жидкости при ее движении. Чем больше трение, тем больше силы необходимо приложить, чтобы вызвать движение («сдвиг»). Сдвиг имеет место при физическом перемещении или разрушении жидкости: разливе, растекании, разбрызгивании, перемешивании и т.п. Для сдвига жидкостей с высокой вязкостью необходимо приложить больше силы, чем для маловязких материалов.

Список используемой литературы

1. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Курс физики. М.: «Высшая школа», 1984 г., стр 486.

2. Ильин В.И./Механика Ньютона – основа единой физики – М.: Т – Око, 1992

3. Зисман Г.А., О.М.Тодес. Курс общей физики/К.:Днипро, 1994.Т.1

4. Орлов В.А., Никифоров Г.Г/Физика: Школьный курс – М.: АСТ – ПРЕСС, 2000. – 668с.

5. Прокофьев В.Л., Дмитриев В.Д. Физика (учебное пособие для техникумов) М.: «Высшая школа», 1983, стр 543.

6. Савельев И.В.. Курс общей физики/М.:Наука,1970.Т.1,параграф 51-60, 112.

7. Селезнев Ю.Л. Основы элементарной физики. Издательство «Наука», 1974 г. 543.

8. ГОСТ33—2000Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости..

http://vsegost.com/Catalog/33/3341.shtml

9. ГОСТ 4333-48: Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле. http://standartgost.ru/

10. ГОСТ 6370-83 («Метод определения механических примесей в машинных маслах»).

20

Просмотров работы: 512

Функционирование большинства механизмов требует соблюдение определенных условий. Внутренняя работа агрегатов, в данном случае двигателя внутреннего сгорания, сопряжена с высокими оборотами конструктивных узлов и деталей, которые соприкасаются друг с другом, и происходит процесс трения. Без специальной защиты металлические элементы быстро выйдут из строя, так как поверхности будут нагреваться и стираться. Для предотвращения деструкции применяется расходный материал – техническое масло. В автомобильных агрегатах – это моторное масло. Как и любое смазочное вещество, оно имеет набор особенных параметров, главным из которых считается вязкость.

Определение вязкости

Само понятие вязкости масла подразумевает под собой возможность смазочной жидкости доставлять сопротивление движению одного элемента относительно другого. При этом выделяется тепло, которое нивелируется самим веществом, отводя его за пределы рабочей среды.

Данный параметр не является постоянной величиной и может (и будет) изменяться в зависимости от температурного режима, молекулярной структуры масла и стабильности силового устройства. Однако вязкость масла – это показатель смазывающего материала в какой-то определенный и конкретный промежуток времени.

Для обоснованного и правильного подбора смазочной жидкости к автомобильному двигателю необходимо иметь понятие о вязкости кинематического и динамического характера. Синонимами этих показателей являются высокотемпературная и низкотемпературная вязкость соответственно.

В помощь автовладельцу призваны стандарты данного параметра, которые устанавливает международное Сообщество автомобильных инженеров, имеющее знакомое каждому профессиональному водителю аббревиатуру – SAE. Один из нормативов характеризует динамику и кинематику консистенции автомобильного масла.

Динамический параметр

Динамическая вязкость масла определяет силовое сопротивление смазочного материала, которое появляется при циркуляции двух слоев жидкости, разделенных расстоянием в сантиметр и движущихся с заданной скоростью (1 см/с). Для определения данного параметра существует специальный прибор, называющийся вискозиметр, единицей измерения которого является Па*с (Паскаль-секунда) для динамики и м²/с (квадратный метр на секунду) для кинематики.

В соответствие с международным стандартом описываемый вязкостной показатель определяется маркировкой со следующей градацией температурного режима:

• 0W – масляный продукт будет эффективно прокачиваться вплоть до -35 ℃;
• 5W – тот же вариант эксплуатации, но до температуры в -30 ℃;
• 10W – до -25 ℃;
• 15W – до -20 ℃;
• 20W – до -15 ℃.

Стоит отметить, что температура полного замерзания смазки будет на 5-10 градусов ниже от маркировки вязкости по каждой позиции.

Соответственно, можно заметить, что масла с маркировкой ниже 10W (по вышеописанному списку) не могут считаться на территории России и стран СНГ всесезонными. По-настоящему всесезонкой будут только смазочные жидкости первых двух позиций – 0W и 5W.

Кинематический показатель

Кинематическая вязкость масла – это показатель при воздействии высоких температур. Ее определение сводится к временной возможности протекания жидкости определенного количества через отверстие заданного диаметра. Показатель замера выражается в сантистоксах (сСт), м²/с или мм²/с. При этом 1сСт равен 1 мм²/с или 0,000001 м²/с.

Самыми востребованными коэффициентами данной вязкости на рынке смазочных материалов являются показатели от 20 до 60, соответствующие нормативу SAE. При этом чем ниже числовое значение, тем консистенция смазки более жидкая.

Оба показателя вязкости масла имеют прямую зависимость от плотности смазывающего вещества.

Индекс

В характеристики вязкости присутствует еще один немаловажный показатель. Это ее индекс. Он обозначает понижение вязкости кинематического характера при повышении температуры масляной жидкости. Индекс вязкости масла — параметр относительный. По его показаниям можно судить о возможности эксплуатации смазочного материала в разных температурных режимах.

Качественный смазывающий продукт обусловлен наличием высокого вязкостного индекса, потому как технические характеристики хорошего масла практически не зависят от воздействия внешних условий функционирования. А если индекс небольшой, то на продукт очень сильно влияют и погодные условия, и температура двигателя, и даже стиль вождения.

Данный параметр обладает зависимостью от химической составляющей моторного масла. В минеральных смазках он невысокий, порядка 130, а в синтетике достигает 180. Полусинтетика, соответственно, находится где-то посередине, имея индекс в районе 150.

Моторное масло выполняет одну из важнейших функций – предотвращает трение деталей двигателя, выводит все продукты сгорания используемого топлива, а также позволяет цилиндрам оставаться герметичными. Все моторные масла производятся из нефти, в процессе перегонки которой выводятся тяжелы фракции. После первичной обработки к полученному продукту добавляются различные присадки, благодаря которым масло отвечает тем или иным характеристикам.

Самым главным свойством является индекс вязкости моторного масла, который имеет обозначение SAE.

Кинематическая вязкость моторного масла – это способность этой жидкости сохранять необходимые свойства в определенном диапазоне температур. Если говорить проще, то – это возможность масла оставаться жидким и текучим между сопряженными деталями при различных условиях. Диапазон температурных режимов зависит от многих показателей, главным из которых является климат региона, в котором автотранспортное средство эксплуатируется. Не стоит путать кинематическую вязкость с динамической, так как последняя показывает насколько меняется вязкость жидкости при изменениях скорости движения деталей двигателя.

Раньше по вязкости водители определяли минеральная перед ними жидкость, синтетическая или полусинтетическая. Возможно, вы еще помните когда, спрашивая в магазине масло «САЕ», вы получали одно из трех: 15w-40 (минеральное), моторное масло 10w- 40, характеристики которого свидетельствовали о том, что жидкость полусинтетическая и 5w 40 – полностью синтетический продукт.

Сегодня ситуация кардинально изменилась и на рынке можно встретить и полусинтетическую «жижу» с маркировкой 15w 40 или, например, моторное масло «Шелл Хеликс» 10w- 40, характеристики которого также свидетельствуют о том что ничего натурального в его составе нет. Больше всего путаницы сейчас получается при выборе продукта для грузового сегмента, поэтому очень важно знать действующие характеристики и вязкость масел.

Вязкость как один из важнейших параметров моторного масла

Всю необходимую информацию производители указывают на этикетке, поэтому необходимо уметь ее читать и анализировать.

Кроме всего прочего, следует различать саму вязкость, которая бывает как кинематической, так и динамической. Типы вязкости имеют определенные различия. Они заключаются в плотности, отличающихся методах измерения и предназначены для определения показателей различных классов смазки.

Кинематическая вязкость моторного масла определяет его текучесть при нормальной (стандартной) рабочей температуре, а также максимальной. За основу проведения испытаний берут 40 и 100 градусов по Цельсию, а измерения проводятся в сантистоксах .

По полученным результатам осуществляются расчеты индекса вязкости, поэтому, если вы хотите приобрести действительно хорошее масло — выбирайте, чтобы индекс превышал значение 200. Чаще всего наиболее подходящий индекс имеют всесезонные масла.

Что касается динамической вязкости — то она отображает силу сопротивления в ходе перемещения жидкостей, которая от плотности никак не зависит. Единицей измерения динамической вязкости является сантипуаз .

Ниже приведена таблица вязкости моторного масла для работы двигателя в холодных условиях.

Международный стандарт вязкости масел

О важности такого свойства, как вязкость масла, стало известно еще с тех времен, как был выпущен первый автомобиль. С тех самых времен инженеры пытались произвести классификацию смазочных материалов. Основываясь на определенных качествах, все имевшиеся масла были разделены на следующие типы:

• маловязкие смазки
• средневязкие
• тяжелые

После того, как были изобретены подходящие для определения вязкости приборы — американским обществом автомобильных инженеров (SAE) была разработана наиболее точная классификация — SAE J300.

Данная классификация моторных масел в процессе своего развития претерпевала определенные изменения и сегодня представляет 11 классов вязкости.

Их полный список выглядит следующим образом:

1. SAE 0W;
2. SAE 5W;
3. SAE 10W;
4. SAE 15W;
5. SAE 20W;
6. SAE 25W;
7. SAE 20;
8. SAE 30;
9. SAE 40;
10. SAE 50;
11. SAE 60.

В связи с этим, классы вязкости моторных масел стали в спецификации SAE по степени вязкости, которая определяется условиями, близкими к реально существующим. Вследствие этого и произошло разделение масел на летние и зимние виды.

Летние смазкине имеют буквенного обозначения и обладают более высокой вязкостью, вследствие чего обеспечивают качественную смазку всех деталей двигателя при высокой температуре окружающей среды.

Однако, при низких температурах такие масла становятся чересчур плотными и создают серьезную проблему при запуске холодного двигателя.

Зимнее масло является менее вязким, благодаря чему проблем при холодном пуске двигателя не возникает. Зато в жаркое время года оно становится слишком текучим, поэтому не в состоянии обеспечить детали силового агрегата должной защитой.

Благодаря изобретению всевозможных присадок, появилась новая категория масел, объединивших в себе хорошее соотношение зимних и летних характеристик. Такие смазывающие материалы получили название всесезонных.

Какая вязкость больше всего подходит для двигателя

Как правило, большинство автолюбителей считают, что высокая вязкость при высоких температурах – это наилучший показатель. Особенно всем греет душу, что подобные масла используются для спортивных авто. Увы, данные показатели не смогут превратить старенькую буханку в гоночный болид, а вот двигатель испортить таким составом можно за считанные дни.

Специалисты рекомендуют ни в коем случае не заливать в мотор масло, вязкость которого не отвечает рекомендациям автопроизводителя. Дело в том что, только производитель способен учесть режим езды на конкретном авто и рассчитать нужную вязкость масла.

И чтобы окончательно убедить водителей не использовать «не подходящее», масло в 2008 году был проведен официальный эксперимент, результаты которого в дальнейшем оказались на страницах известного журнала «За рулем». Один из участников гонок по бездорожью залил в двигатель некогда популярной «восьмерки» высокотемпературное масло вязкостью 50 единиц. В результате показатели автомобиля упали, а износ двигателя значительно увеличился.

Что означают цифры в обозначении вязкости масла (расшифровка)

Вязкость масла – это тот параметр, который на упаковке обозначают буквами SAE. Давно прошли те времена, когда по вязкости можно было определить его вид: минеральное, полусинтетическое или синтетическое моторное масло. Автомобилисты со стажем, наверняка, ещё помнят, когда на рынке спрашивали масло SAE. Тогда было все легко и просто: 15w-40 – минералка, 10w-40 – полусинтетика, а 5w-40 – синтетика.

Сегодня все по другому. Можно запросто найти полусинтетику 15w-40 или синтетику 10w-40, особенно в грузовом сегменте. Что же означают все эти цифры и буквы? Давайте разбираться по порядку.

По классификации SAE масла принято делить на зимние (с индексом “w”), летние и всесезонные. Стандартные параметры вязкости для зимних и летних масел обозначаются следующим образом:

• Зимние масла: SAE 0w, 5w, 10w, 15w, 20w;
• Летние масла: SAE 30, 40, 50.

Всесезонные масла имеют смешенную спецификацию, то есть сочетают в себе одновременно и зимний, и летний параметр вязкости, разделенный в обозначении знаком тире: SAE 0w-30, 0w-40, 5w-30, 5w-40, 5w-50, 10w-30, 10w-40, 15w-40, 20w-50.

Как вы, наверное, уже догадались, практически все масла, представленные на сегодняшний день в продаже, являются всесезонными и имеют смешанную спецификацию.

Вот мы и добрались непосредственно к расшифровке того, что означают цифры вязкости масла. В обозначении вязкости по SAE цифры означают следующее:

1. Первая цифра (зимний параметр), например, 0w – указывает на минимальную температуру безопасного холодного пуска. Это означает, что чем меньше первая цифра, тем на более низкую температуру рассчитано масло.
2. Вторая цифра (летний параметр) указывает на возможность применения масла в определенных температурных условиях.

Бытует миф, что цифры летнего параметра вязкости масла – означают температуру максимально допустимой окружающей среды, при которой возможна эксплуатация автомобиля. Например, масло с вязкостью 5w-30 рассчитано на температуру +30 °С. Это не правда! Никакого отношения эти цифры к температуре окружающей среды не имеют. Запомните, летний параметр – это цифры условные и они никакого отношение к окружающей среде не имеют.

Таблицу с диапазонами применяемости масел по SAE в зависимости от температур смотрите ниже.

Индекс вязкости моторного масла

Индекс — цифровое выражение текучести масла при разных температурах.

Кинематическая и динамическая вязкость масла

Именно те показатели, о которых я говорил в начале статьи. От них и зависит установленная вязкость SAE, те самые цифры, которые производитель указывает на канистре.

Кинематическая вязкость показывает текучесть масла при температуре в 40 градусов и 100. Измеряется капиллярным вискозиметром – определяется время истечения жидкости при определенной температуре. Обозначается мм2/с.

Динамическая вязкость тоже измеряется опытным путем. Она показывает силу сопротивления масляной жидкости, возникающую во время движения двух слоев масла, удаленных друг от друга на расстояние 1 см и движущихся со скоростью 1 см/с. Измеряется эта величина в Паскаль-секундах. Как видно из таблицы выше, для разных вязкостей масел температура определения динамической вязкости разная.

Что означает динамическая и кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость – два показателя, в пределах которых должно находиться масло, чтобы относиться к той или иной категории SAE. Динамическая вязкость показывает, при какой температуре масло обеспечит безопасный пуск мотора. Чем ниже фактический показатель от принятого верхнего барьера, тем ниже будет температура, при которой можно безопасно запускать мотор с указанным маслом.

К примеру, масло 10W при -25 градусах должно иметь динамическую вязкость не более 7000. То есть, если фактический показатель масла почти равен 7000, при -25 мотор заводить уже не рекомендуется, лучше делать это не ниже -20. А вот есть масло показывает динамическую вязкость 6500, то уже применимо при -25, 6000 – ниже -25 и так далее.

Расшифровка маркировки 5W30

Прежде всего следует отметить, что маркировка, позволяющая быстро определить основные характеристики смазывающего вещества, осуществляется по общепринятой международной классификации SAE.

В соответствии с данным стандартом у моторного масла 5W30 первая цифра «5» указывает на вязкость в условиях низких температур, а вторая «30» — означает параметр текучести в условиях отрицательных температур.

Продукт является всесезонным, чем и обусловлена высочайшая популярность среди автомобилистов. Фактически, универсальность масла указывает на допустимость применения в двигателях, работающих на разных видах топлива. А температурный диапазон применения охватывает практически все климатические зоны нашей страны.

Преимущества и недостатки

Полностью синтетическое масло имеет отличные технические характеристики. Масло 5W30 идеально подходит для машин, эксплуатируемых в условиях городской езды, при воздействии достаточно агрессивных внешних факторов.

Автомасла серии 5W30 обладают уникальными свойствами, которые обеспечиваются за счет введения в состав продукта специальной многокомпонентной присадки.

Эти присадки позволяют обеспечить высший уровень усиленной защиты силового агрегата от преждевременного износа, в том числе:

• Антикоррозийную устойчивость;
• Стойкость к окислительным процессам;
• Отменные моющие свойства;
• Высокие показатели влагоотделения.

После заливки масла 5W30 в систему смазки, на всех, подвижных и неподвижных деталях мотора, образуется прочная, устойчивая к различным видам нагрузок пленка. Она и обеспечивает высший уровень защиты деталей от всевозможных видов нагрузок.

А достаточно высокий уровень вязкости тонко сбалансирован с показателями текучести. Результат – силовой агрегат надежно защищен как при холодном запуске при низких отрицательных температурах, так и во время работы на максимальной нагрузке.

Все вышеперечисленные характеристики обеспечили полностью синтетическому моторному маслу 5W30 повышенную популярность у самого широкого круга автомобилистов. При правильной эксплуатации, соблюдении рекомендаций производителя и соблюдения всех основных параметров применения, недостатков масло 5W30 не имеет. Равно, как и аналогов!

Синтетическое или полусинтетическое

Синтетические и полусинтетические масла различаются как по свойствам, так и по цене. Синтетика обладает большими возможностями и стоит дороже, полусинтетика отличается большим расходом и стоит дешевле.

Синтетическое масло – искусственно созданное. Оно синтезируется из нефти или природного газа с добавлением присадок. Преимущества синтетического масла:

1. Устойчивость к перепадам температур
2. Значительно увеличивает срок работы двигателя, при правильном выборе
3. Лучше работает в условиях нагрузки (работа на холостых оборотах, пуск и прогрев)
4. Устойчиво к перепадам температур
5. Экономично. Синтетическое масло медленнее отрабатывается, потому что проникает в самые мелкие зазоры.

Недостаток синтетического масла – это его высокая стоимость.

Полусинтетическое масло производится из смеси минеральных и синтетических компонентов в разном процентном соотношении, допускается смешивание как 70% синтетических компонентов с 30% минеральных, так и состав 50% на 50%, от этого будет зависеть и стоимость масла. Полусинтетические составы тоже дополняются пакетом присадок. Преимущества и недостатки полусинтетической смазки:

1. Создает нормальные условия работы двигателя
2. Защищает от износа
3. Обладает хорошей проникающей способностью
4. Низкая испаряемость
5. Высокие технические показатели
6. Доступная цена – в среднем стоит в 1,5 раза дешевле синтетического

Для моторов предыдущих поколений не рекомендуется использовать синтетические составы, они более агрессивны к сальникам, чем минеральные и полусинтетические, могут стать причиной течи. Оптимальным выбором для таких моторов будет полусинтетика, современные полусинтетические масла прекрасно выполняют свои функции, если выбирать их согласно рекомендации для двигателя и соблюдать интервалы замены не более 7000 км или 1 год.

Технические характеристики 5W-40 — расшифровка

5W-40 – это всесезонное масло, которое должно сохранять текучесть при отрицательных и положительных температурах в установленных пределах, чтобы относиться к этому классу по SAE. Как я уже говорил в других статьях, SAE может являться указателем климата, при котором можно использовать это масло, только отчасти и только в отношении низкотемпературного показателя. В целом же это указание на вязкость масла при разных температурах.

SAE 5W-40 показатели вязкости таблицей:

Характеристика	Показатель	Расшифровка
Прокачиваемость	-35℃	Минимальная температура, при которой масло прокачивается по каналам
Проворачиваемость	-30℃	Минимальная температура, при которой двигатель можно запускать.
Кинематическая вязкость при 100 градусах	12,6-16,3 мм2/с	В этих пределах должен находиться показатель, чтобы масло могло маркироваться 5W-40.
Кинематическая вязкость при 40 градусах	89-97 мм2/с	То же, но при другой температуре. Этот показатель менее важен, чем вязкость при рабочей температуре.
Динамическая вязкость CCS при -30 градусах	Не более 6600 мПас	То есть чем ближе показатель к этому пределу, тем хуже будет прокручиваться коленвал уже при – 30 градусах.
Температура вспышки	От 224℃	Может варьировать +/- 10-15 градусов.
Температура замерзания	Около -45℃	Может варьировать. Этот показатель указывает на температуру, при которой масло полностью замерзнет и не сможет прокачиваться по каналам.

Из этой таблицы хорошо видно, что вторые два символа в маркировке 40 показывают, какую вязкость будет иметь масло именно при рабочей температуре, то есть, указывает на толщину масляной пленки и то, насколько просто и быстро масло будет проходить по системе. Этот показатель очень важно подбирать именно по рекомендации производителя, так как разные двигатели имеют разные конструкционные особенности.

Первая цифра 5 – это указание на низкотемпературную вязкость, то есть при -30℃ масло сохранит достаточную текучесть, чтобы прокрутить коленвал.

По ГОСТ масло будет маркироваться 3з/14. По API чаще всего имеет класс SN, по ACEA A1/B1 2010.

Преимущества моторных масел SAE 5w-40

Смазка 5w-40 обрела высокую популярность благодаря выдающимся свойствам и неприхотливости в отношении погодных условий. Используемые в синтетике этой вязкости присадки обеспечивают жидкости антикоррозийные, антикислотные и моющие характеристики. По сравнению со смазками на минеральной основе, синтетические масла способны превосходно работать при внушительных перепадах температуры.

Изделие 5w-40 позволяет автолюбителям стоять в пробках, передвигаться по бездорожью или свободной дороге с неизменно высокими показателями. Производство жидкости ведётся по самым передовым технологиям, исключающим сворачивание смазки и поломки мотора. А также производители подвергают свою продукцию многочисленным тестам и выводят наилучшие формулы.

Все составы с вязкостью 5w-40 обладают следующими преимуществами:

• Обеспечение эффективного запуска мотора в морозы.
• Повышение ресурса силового агрегата.
• Качественное обволакивание элементов двигателя прочной защитной плёнкой, которая не разрешается, если соблюдены все условия использования.
• Устойчивость к окислительным процессам и предупреждение возникновения коррозии.
• Отличные моющие свойства, гарантирующие чистоту деталей мотора.
• Отсутствие испарения.

В чем разница между 5w30 и 5w40

Как уже было сказано, масло 5w40 при высоких температурах более вязкое и менее текучее. То есть, при проходе поршня на стенках цилиндров остается пленка толще, чем при использовании 5w30. Это основанная разница между 5w30 и 5w40, поскольку при низких температурах они ведут себя одинаково. Однако более толстая пленка не всегда является плюсом.

Маркировка моторного масла 5w30 и 5w40 на канистре

Что будет, если применять в двигателе масло с большей или меньшей высокотемпературной вязкостью, чем указано в руководстве пользователя:

• При большей вязкости образующаяся пленка на внутренних поверхностях будет больше, чем требуется. В некоторые места смазка просто может не поступать из-за слишком большой вязкости. Это, безусловно, плохо: может грозить преждевременным износом деталей, еще большим повышением рабочей температуры двигателя. Такие неприятности грозят, если заливать марку 5w40 туда, где рекомендована 5w30.
• В обратном случае (использования 5w40 вместо 5w30) меньше смазки расходуется на угар. В принципе, это удлиняет межсервисный интервал, на что указывают некоторые производители и продавцы автомасел. Но, если производитель автомобиля рекомендовал 5w40, то марка 5w30 может образовывать слишком тонкую пленку на рабочих поверхностях. В результате может произойти слишком быстрый износ стенок цилиндров мотора и поршневых колец.

Последствия: что будет при неправильном выборе?

1. Если вместо рекомендованной смазки 5W40 лить 5W30, то низкая вязкость уменьшит толщину масляной плёнки. Это приведёт к повышенной нагрузке и трению между узлами агрегата, что приведёт к быстрому их износу (например, цилиндров и поршневых колец). Также угар моторного масла с индексом 30 больше, чем индексом 40. а это значит, что смазку 5W40 надо менять реже по сравнению с 5W30.
2. Если вместо рекомендованной смазки 5W30 лить 5W40, то масляная стенка будет толстая, что приведёт к смазке всех деталей узлов ДВС. Но процесс распределения масла будет затруднён из-за повышенной вязкости. Это приведёт к возрастанию силы трения, повышению температуры в моторе и ускорению износа его узлов.

Что произойдёт, если не менять масло в двигателе

Совместимость: можно ли доливать и смешивать 5W30 и 5W40?

При некоторых аварийных случаях экстренно требуется долить моторную жидкость в двигатель. Но не всегда получается долить именно ту смазку, которая была налита изначально. Это же относится к индексу вязкости.

Можно ли смешивать моторные масла 5W30 и 5W40? Нельзя смешивать как синтетику и минералку, так и полусинтетику с другими видами. Масла с разными индексами вязкости можно смешивать при условии, если эти смазки одного производителя и с одинаковой базовой основой. Если присадки будут разными, то могут появиться непредсказуемые реакции после смешивания моторных жидкостей с разной вязкостью.

Даже если после смешивания разных моторных жидкостей нет видимых последствий, то надо как можно быстрее слить эту смесь и заменить масляный фильтр. Иногда может потребоваться промывка ДВС перед сменой моторной жидкости.

Смешивать масло 5W30 и 5W40 можно, но на небольшой срок (как утверждают некоторые специалисты, не более 3 тыс. км пробега), с одинаковыми присадками и одного производителя. Также оригинальные европейские масла, соответствующие стандартам ACEA, SAE и API всегда совместимы (даже при смешивании синтетики с минеральным).