نقش دانسیته در خواص روغن ها

با درود و احترام

هدف از این پست، پاسخ به سوال مطرح شده از طرف یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ و یکی از شرکت کنندگان محترم در دوره آنالیز روغن ماشین آلات صنعتی در اراک است.

شرح سوال: نقش دانسیته در عملکرد عمومی یک لوبریکانت چیست؟

پاسخ به این سوال، بیشتر به حوزه لوبریکانت های حامل بار، خاصه روغن های هیدرولیک و چرخدنده، مربوط است. از دیدگاه عمومی، دانسیته نه تنها یکی از مهمترین شاخص های عملکردی روغن ها و لوبرینکانت ها، که همه سیالات محسوب می شود. چراکه شاخصی از میزان جرم آنها در یک فضای واحد بوده و تصمیم گیری در مورد عملکرد مورد انتظار از یک سیال در یک سیستم مکانیکی را تسهیل می کند. بعنوان مثال، دانسیته آب 62.4 پاند در فوت مکعب است. البته در دمای اتاق! چراکه این مشخصه فیزیکی نیز مانند بسیاری از مشخصات فیزیکی مواد مهندسی، تابعی از دما است.

اما، از دیدگاه خصوصی، که بیشتر به موضوع این وبلاگ نزدیک است، لوبریکانت ها دانسیته به مراتب کمتری نسبت به آب دارند و این بدان معنی است که انواع لوبریکانت روی آب شناور خواهند شد. درست به همین دلیل است که وقتی آب (یا رطوبت) به هر دلیلی وارد مدار روغن هیدرولیک و... می شود، در محل آرامش سیستم (معمولا مخزن روغن) جمع شده و در بخش تحتانی مخزن، زیر توده روغن، جای گرفته و با باز کردن شیر یا پلاگ تخلیه، قبل از روغن خارج می شود.

از آیتم دانسیته، معمولا بعنوان جایگاه دوم (پس از ویسکوزیته دینامیک) در محاسبات مربوط به مدار های هیدرولیک استفاده می شود. چراکه محاسبات هیدرولیک براساس ویسکوزیته سینماتیک (حاصل تقسیم ویسکوزیته دینامیک بر دانسیته) انجام پذیرفته و عملکرد سیستم در حالات مختلف فشاری و دمایی (شرایط متعارف ترمودینامیک) محاسبه و پیش بینی می شود. بنابراین، واضح است که حداقل در مورد انواع روغن هیدرولیک و چرخدنده، معلوم بودن دانسیته روغن، بمنظور در اختیار گرفتن تصویری واضح از عملکرد سیستم در شرایط مختلف ترمودینامیک لازم و ضروری است. این ضرورت وقتی پررنگتر می شود که بدانیم هر دو آیتم حیاتی در محاسبات هیدرودینامیک یک سیستم روغنرسانی (یعنی ویسکوزیته و دانسیته) با دما تغییر می کنند.

یکی از عوامل اصلی در تعیین و مقایسه دانسیته مواد مختلف (در اینجا: سیالات تراکم ناپذیر)، وزن مخصوص آنها است که نسبتی از دانسیته آن ماده به دانسیته آب است. وزن مخصوص آب برابر یا یک است. بنابراین، هر سیال تراکم ناپذیری که از آب سنگینتر باشد، باید وزن مخصوصی بیشتر از یک داشته باشد و برعکس.

این مشخصه فیزیکی یکی از عوامل حیاتی در تعیین خواص یک سیال تراکم ناپذیر (بخصوص انواع روغن) می باشد. بعنوان مثال، افزایش دانسیته یک روغن به معنی سفتتر شدن آن است. این بدان معنی است که چنین روغنی به زمان بیشتری برای ته نشین کردن ذرات معلق درون جریان خود در مخزن (محفظه آرامش) دارد. وزن مخصوص این ذرات معلق و جامد چیزی بین 2.44 تا 3.6 است که با سفتتر شدن روغن، با مقاومت بیشتری از طرف سیال برای ته نشین شدن در کف مخزن روبرو شده و عملا زمان طولانی تری به همراه جریان روغن در حرکت خواهند بود. این عامل، به المان های فیلتراژ فرصت جمع آوری موثرتر این ذرات را می دهد. از سوی دیگر، طولانی تر شدن زمان ته نشست ذرات جامد معلق، فرصت تشکیل لجن را از آنها خواهد گرفت. چیزی که در سیستم های هیدرولیک پتانسیلی برای بروز خرابی است! چراکه مدار های هیدرولیک نسبت به ورود و رسوب ذرات آلاینده در جریان روغن بسیار حساسند و بدین ترتیب، خطر بروز مشکلاتی مانند گرفتگی (انسداد) مقطعی مدار، کاویتاسیون (در هر دو بخش مکش پمپ و جریان پایین دست پمپ به اوریفیس ها)، و خوردگی (در هر دو مکانیزم فرسایشی و گالوانیک) افزایش خواهد یافت. از موارد منفی افزایش دانسیته روغن های حامل بار می توان به افزایش مصرف پمپ (نیاز به توان پمپاژ بیشتر)، افزایش تنش روی قطعات پمپ، پمپاژ ضعیف ناشی از اینرسی روغن.

بسیاری از روغن های چرخدنده دانسیته ای بیشتر از آب دارند. بویژه انواع فسفات-استر ها که دارای وزن مخصوصی بالاتر از یک بوده و در این سیستم ها، آب اغلب روی روغن خواهد ایستاد. اما، افزایش دانسیته روغن های چرخدنده می تواند عامل مخربی در جهت سایش قطعات در تماس با آنها باشد.

از سوی دیگر، نه تنها ذرات معلق آلاینده جریان روغن موجب افزایش دانسیته روغن خواهند شد، بلکه آلاینده هایی مانند آب و هوا نیز (بویژه در حالت معلق) می توانند عامل موثری در تغییر دانسیته یک روغن محسوب شوند. اکسیداسیون نیز عامل موثر دیگری در جهت افزایش دانسیته روغن به شمار می رود.

بعنوان نتیجه گیری، در سیستم های روغنرسانی که پمپاژ مساله مهمی در برآورد کارآیی یک سیستم بشمار می رود (بویژه در سیستم های هیدرولیک و برخی چرخدنده ها)، تغییر دانسیته روغن می تواند تاثیر مستقیمی بر راندمان پمپاژ داشته باشد.