آزمايش ها دوره ای مربوط به روغن ها
:آزمايش ها دوره ای مربوط به روغن ها
واژه روغن برای طیف وسیعی از فراورده های نفتی با گستره جوش 399-538 و تعداد کربن بین 25 الی 37 و جرم مولکولی 350 تا 495 بکار می رود . با توجه به تنوع و کثرت این فراوردها ، لزوم طبقه بندی آنها مشخص شده است . در طبقه بندی مرسوم انواع روغنها عبارتند ازروغنهای موتور ، روغنهای ماشین آلات ، روغن های عایق ، روغنهای توربین و روغنهای متفرقه . روغن ها بر حسب نوع و مشخصات ، مصارف گوناگونی دارند ولی در اکثر کاربرد ها نقش روان کنندگی آن حائز اهمیت است . روان کننده ها موادی هستند که بمنظور کاهش اصطکاک و جلوگیری از فرسودگی قطعات فلزی متحرکی که با یکدیگر در تماسند ، بکار می روند . این هدف با ایجاد لایه نازکی از ماده روان کننده بین قطعات ، عملی می شود و در این رابطه است که گرانروی روغن اهمیت پیدا می کند. هر روغن روان کننده متشکل از ماده پایه است وآن انواع مختلف مواد افزودنی جهت تامین مشخصات مورد نیاز اضافه شده اند. ماده پایه می تواند معدنی با منشا نفتی و یا سنتزی، نظیر پلی الفین ها ، پلی استرها و پلی آلکیلن گلایکولها باشند.آزمايش هاي روغن متعدداند که برخی از این آزمايش ها را توضیح خواهیم داد.
عدد اسیدی روغن :
نفت های خام حاوی اسید های کربوکسیلیک می باشند . این اسید ها بوسیله تیتراسیون با هیدروکسید پتاسیم اندازه گیری شده ، برحسب میلی گرم KOH در گرم نفت گزارش می شوند. توزیع اسید های نفتنی در نفت خام یکسان نیست و حداکثر مقدار آن در برشهایی که مابین 400 تا 450 درجه سانتی گراد تقطیر می شوند (با چگالی 95/. )مشاهده شده است . در برشهای سبک و متوسط ، اسید های خطی نظیر والریک اسید و اسید استئاریک وجود دارند . در برشهای دیزلی ، اغلب اسید ها بصورت حلقوی و از مشتقات سیکلو هگزان می باشند . این اسیدها تحت عنوان اسید های نفتنی شناخته شده اند .حظور این اسید ها در نفت خام و برشهای نفتی اشکالاتی ایجاد می کند ، از جمله ایجاد خوردگی در دمای بالا(350 تا400 درجه سانتی گراد )و اثر نامطلوب بر فولاد معمولی . خوردگی قسمتهای فلزی موتور تا حد زیادی مربوط به ترکیبات اسیدهای آلی است . این اسیدها از اکسیده شدن هیدروکربن های موجود در روغن در اثر شرایط خاصی از عملیات موتور ایجاد می شوند . روغنهای پارافینی در برابر اکسیده شدن پایدارتر از روغنهای نفتنی بوده و اسید کمتر تولید می کنند.
روش اندازه گیری اسیدیته روغن :
مقدار مشخصي از روغن (بسته به تيرگي و غلظت روغن) مثلا"(2- 3 گرم) را وزن كرده ومقدار cc50 از حلال ویژه(محلول حاصل از یک لیتر تولوین ،یک لیتر ایزوپروپیل الکل و 10 میلی لیتر آب مقطر ) را به آن افزوده و آنگاه مقدار 5 /0 ميلي لیتر از محلول 10ميلي گرم بر ليتر 1 -نفتال بنزن كه قبلا"آماده كرده ايم به نمونه اضافه مي كنيم و توسط محلول1/0مولار KOH الکلی تيتر كرده تا رنگ محلول به صورت سبز - آبي درآيد و به مدت 15 ثانیه پایدار بماند . آنگاه عدد اسیدی را طبق فرمول زیر بدست می آوریم .
KOH (FOR BLANK) در اين فرمول مقدار مصرفی هیدروکسید پتاسیم برای محلول بلانک است و Mو N به ترتیب جرم مولکولی و نرمالیته KOH است.
در ارتباط با نقش روان کنندگی روغن های موتور ، مهمترین ویژگی گرانروی است . البته بایستی توجه داشت که چون موتور در شرایط ایزوترم کار نمی کند لذا در شرایط دمایی متغیر روغن بایستی نقش روان کنندگی خود را حفظ کند . به عبارتی هنگام راه اندازی موتور بویژه در زمستان روغن سرد و غلیظ است در حالی که در شرایط عادی موتور، دمای روغن در کارتر به 80تا 100 در جه سانتیگراد می رسد. از طرفی دمای روغن در لایه ای که سیلندر ها را می پوشاند ممکن است به 200 درجه وحتی بیشتر نیز برسد واین تغییرات مستلزم این است که روغن تغییرات گرانروی زیاد نداشته باشد . برای مشخص کردن تغییرات گرانروی بر حسب دما دیویس و دین یک رابطه تجربی برقرار کردند . در روشی که بکار بردند نمونه روغن مورد نظر را با دو گروه روغن مبنا مقایسه نمودند این دوگروه عبارتند از :
يك: گروه روغنهای H پنسیلوانیا که پارافینی بودند و تغییرات گرانروی آنها با دما اندک بود . بطور قراردادی اندیس گرانروی این روغنها را 100 در نظر گرفتند .
دو: گروه روغنهای L ساحل خلیج که نفتنی بوده و تغییرات گرانروی آنها با دما بسیار بالاست. و اندیس گرانروی این روغنها را صفر قرار داد کردند.
دیویس و دین گرانروی این روغنهای پایه را در 100و 210 درجه فارنهایت تعیین کردند و جداولی را ترتیب دادند که در آنها اختلاف گرانروی نمونه اي از روغن H و نمونه ای از روغن L در 100 درجه فارنهایت را بدست آوردند در حالتی که گرانروی هر دو روغن در 210 درجه فارنهایت یکسان باشد . اکنون برای بدست آوردن اندیس گرانروی روغن ها، ابتدا گرانروی روغن را در 100و 210 درجه فارنهایت مشخص نموده و با U و V نشان می دهند. سپس بین هر یک از دو گروه روغن های پنسیلوانیا و ساحل خلیج ، روغنی را انتخاب می کنند که در 210 درجه فارنهایت گرانروی آن برابر V باشد هر گاه گرانروی این دو روغن مبنا در 100 درجه فارنهایت برابر مقادیری چون H و L باشد ، اندیس گرانروی روغن موتور مورد نظر بر حسب استاندارد از رابطه زیر بدست می آید:
اخیرا بجای دماهای فوق دماهای 40 و 100 درجه سانتی گراد را مبنای تعیین گرانروی سینماتیک روغن ها قرار داده اند . عملیات تصفیه می تواند اندیس گرانروی روغن را تا نزدیکی 100 برساند ولی پالایشگر ها از این مقدار هم فراتر رفته و با پالایش و افزودن مواد مخصوص به روغنهای روان کننده اندیس گرانروی را به 140 تا 150 رسانده اند . روغنی هايي که چنین اندیس بالایی دارند به عنوان روغن های چهار فصل شناخته شده اند .
روش اندازه گیری گرانروی سینماتیکی روغن :
برای اندازه گیری دقیق گرانروی از معادله پوازی استفاده می شود :
ولی باید دانست که اندازه گیری مستقیم ویسکوزیته از نظر علمی کاری بسیار مشکل است و محتاج سالها تجربه و تحقیق است و به وسایل مجهز و دقیقی نیاز دارد. به این دلیل ویسکوزیته را نسبی بدست می آورند. مایعی به عنوان مایع مرجع انتخاب شده است که ویسکوزیته آن در درجات حرارت مختلف اندازه گیری شده است و مایعات دیگر نسبت به آن اندازه گیری می شوند. این مایع مرجع آب است. عمل سنجش ویسکوزیته در دستگاهی بنام ویسکومتر استوالد انجام می گیرد که این دستگاه از یک لوله U شکل تشکیل شده است که شامل یک لوله مویین است . مدت زمانی را که حجم معینی از یک مایع با ویسکوزیته معین لازم دارد تا از داخل لوله مویین بگذرد سنجیده می شود )زمان t1 )و همین عمل با مایع دوم كه آن هم دارای ویسکوزیته است انجام می شود و زمان گذر آن از لوله مویین t2خواهد بود.
باتوجه به اینکه مشخصات لوله مویین تغییر نکرده است طبق معادله پوازی داریم :
و برای مایع دوم داریم
نظر به اینکه p1 و p2 فشار رانش مایع است که متناسب با دانسیته مایع مي باشد با تقسیم دورابطه بر هم داریم:
پس با اندازه گیری دانسیته های دو مایع و زمانهای مربوط به آنها در ویسکومتر استوالد نسبت ویسکوزیته آنها را می توان بدست آورد . در صورتی که یکی از دو مایع انتخاب شده مایع مرجع آب باشد با داشتن ویسکوزیته آن می توان ویسکوزیته مایع دیگر را بدست آورد .
روش کار با دستگاه اندازه گیری ویسکوسیته مایعات :
1- دستگاه را روشن مي كنيم.
2- بعد از روشن كردن دستگاه منتظر مي مانيم تا دماي حمام روغن برطبق استاندارد به دماي 40درجه سانتي گراد برسد.
3- لوله حبابدار ويسكوزيمتر را انتخاب مي كنيم (باتوجه به تجربه و سوابق قبل لوله مورد نظر را برمي داريم در غير اين صورت لوله ويسكوزيمتر را طوري انتخاب مي كنيم كه مدت زمان گذر روغن در فاصله بين دو خط نشانه از 200ثانیه كمتر نباشد ( آزمون و خطا) ) و آن را به گيره نگهدارنده مخصوصش مي بنديم .
4- نمونه روغن را در يك بشر 25 ميلي ليتر می ریزیم لوله سل ويسكوزيمتر را از طرف حباب دوقلو درون بشر برده و با مکنده ، روغن را تا پرشدن هر دو حباب بالا می کشیم .
5- لوله با نگهدارنده لوله را درون حمام C 40 درجه گذاشته تا به خط نشانه بالایی برسد ( همزمان دماي روغن به 40درجه مي رسد). روغن شروع به حركت كردن به سمت پايين می کند به محض رسيدن سطح روغن بروي خط نشانه بالا زمان سنج را فعال كرده و در لحظه رسيدن به خط نشانه پايين آن را متوقف مي كنيم.
6- مدت زمان صرف شده براي گذر روغن از دو خط نشانه را برحسب ثانيه يادداشت مي كنيم.
7- از فرمول ذيل ويسكوزيته جنبشي را برحسب ميليمتر مربع بر ثانيه يا سانتي استوك بدست مي آوريم .
V= t. C برحسب mm2/s يا C st
روش بدست آوردن اندیس گرانروی روغنها :
تعريف :اندیس گرانروی عددي است قراردادي كه تغيرات گرانروي جنبشي محصولات نفتي را با دما بيان مي كند. و در روغن هاي با مشخصات مشابه هر چه شاخص گرانروي بالاتر باشد تغييرات گرانروي بر اثر دما هم كمتر است. روش محاسبه انديس گرانروي منوط به اينكه انديس گرانروي بالا يا پاينتر از 100 باشد به دو روش متفاوت محاسبه مي گردد.
الف : مايعات نفتي كه انديس آنها 100 يا كمتر از 100 است :اگر گرانروي يك مايع در دماي 100 درجه سانتي گراد كمتر يا مساوي C.St 70 باشد از جدول مربوطه مقادير LوH را استخراج نموده ودر فرمول ذيل قرار مي دهيم.
كه در آن U گرانروي در دماي 40 درجه سانتي گراد است.
مثال : گرانروي روغن در 40 درجه برابر 30/73 سانتي استوك و در دماي 100 درجه سانتي گراد برابر 86/8 سانتي استوك است در اين حالت شاخص گرانروي روغن برابر است با :
از جدول مقادير L ,H به ترتيب برابر 48/69 و 94/119 مي باشد . با قرار دادن در فرمول فوق:
نتيجه بدون اعشاراست و واحد ندارد .
ب: در صورتي كه انديس از 100 بالاتر باشد : در صورتي كه گرانروي مايعي در 100 درجه سانتي گراد برابر يا كمتر از C.St 70باشد انديس گرانروي از طريق ذيل حساب مي شود :
كه در آن
Uگرانروي در 40 درجه .و H از جدول استخراج شده .و Y گرانروي در 100 درجه مي باشد.
مثال:گرانروي روغن در 40 درجه سانتي گراد برابر C.St 83/22و در 100درجه برابر C.St 05/5 است مقدار H از جدول برابر 97/28 مي باشد لذا N برابر 14707/0 مي باشد و VI برابر 156 مي باشد.
نكته :درصورتي كه مقدار گرانروي جنبشي روغني در 100 درجه كمتر از C.St 2 باشد انديس گرانروي به اين روش گزارش نمي شود.
