EN ISO 3104 Erdölprodukte - Klare und trübe Flüssigkeiten - Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität

Viele Erdölprodukte und einige Nicht-Erdölprodukte werden als Schmierstoffe eingesetzt. Der ordnungsgemäße Betrieb von Anlagen hängt von der geeigneten Viskosität des verwendeten Schmierstoffs ab. Darüber hinaus ist die Viskosität vieler Kraftstoffe wichtig, um optimale Lager-, Handhabungs- und Betriebsbedingungen vorherzusagen. Daher ist eine genaue Viskositätsmessung für viele Produktspezifikationen unerlässlich.

Die Norm „EN ISO 3104 Erdölprodukte – Klare und undurchsichtige Flüssigkeiten – Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität“, die auf einer europäischen Norm basiert und später von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) veröffentlicht wurde, beschreibt zwei Prüfmethoden:

• Verfahren A (manuell): Die kinematische Viskosität sowohl transparenter als auch opaker Produkte wird mit Hilfe manueller Glasviskosimeter in einer automatisierten Anlage bestimmt.
• Verfahren B (automatisch). Durchführung mit Glaskapillarviskosimetern.

Verfahren A ist eine Schiedsprüfungsmethode (oder Referenzprüfungsmethode) zur Beilegung von Zweifeln oder Streitigkeiten.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Definitionen:

• Kinematische Viskosität: Sie beschreibt den Fließwiderstand einer Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft. Bei einer Strömung unter hydrostatischem Druck ist der Druck einer Flüssigkeit proportional zu ihrer Dichte. In jedem Viskosimeter ist die Durchflusszeit einer Flüssigkeit bei konstantem Volumen direkt proportional zu ihrer kinematischen Viskosität.
• Dynamische Viskosität: Sie bezeichnet das Verhältnis zwischen der angelegten Scherspannung und der Schergeschwindigkeit einer Flüssigkeit. Sie ist ein Maß für den Fließ- oder Verformungswiderstand einer Flüssigkeit. Der Begriff dynamische Viskosität wird auch in einem anderen Kontext verwendet, um eine frequenzabhängige Größe zu bezeichnen, bei der Scherspannung und Schergeschwindigkeit eine sinusförmige Zeitabhängigkeit aufweisen. Die dynamische Viskosität kann auch als dynamischer Viskositätskoeffizient oder absolute Viskosität bezeichnet werden.

Die Norm EN ISO 3104 gilt für flüssige Erdölprodukte, Fettsäuremethylester, Paraffindiesel, hydriertes Pflanzenöl, Gas-to-Liquid-Gemische und Biokraftstoff-Dieselgemische mit bis zu 50 % Fettsäuremethylester. Die kinematische Viskosität wird durch Messung der Durchflusszeit eines Flüssigkeitsvolumens unter Schwerkraft mit einem kalibrierten Glaskapillarviskosimeter bestimmt. Die dynamische Viskosität ergibt sich aus dem Produkt der gemessenen kinematischen Viskosität und der Dichte der Flüssigkeit. Der mit diesem Prüfverfahren abgedeckte Bereich der kinematischen Viskosität liegt zwischen 0,2 mm²/s und 300.000 mm²/s bei Temperaturen von -20 °C bis +150 °C.

Die mit diesen Verfahren erzielten Ergebnisse hängen vom Verhalten der Probe ab und sind primär für Flüssigkeiten mit proportionaler Scherspannung und Schergeschwindigkeit (Newtonsches Fließverhalten) ausgelegt. Ändert sich die Viskosität jedoch signifikant mit der Schergeschwindigkeit, können Viskosimeter mit unterschiedlichen Kapillardurchmessern abweichende Ergebnisse liefern.

In der Erdöl- und Chemieindustrie ist die Viskosität eine entscheidende Eigenschaft, die von der Kraftstoffleistung bis zur Schmierstoffeffizienz alles beeinflusst. Die Norm EN ISO 3104 bietet ein präzises Verfahren zur Bestimmung der kinematischen Viskosität flüssiger Erdölprodukte. Diese Norm gewährleistet Konsistenz und Zuverlässigkeit bei Prüfungen, die für Branchen, die auf genaue fluiddynamische Daten angewiesen sind, unerlässlich sind.

Die Norm EN ISO 3104 gilt für eine breite Palette von Flüssigkeiten auf Erdölbasis, darunter:

• Kraftstoffe (z. B. Benzin, Diesel)
• Schmieröle
• Bitumen und Asphalt
• Rohölderivate

Dieser Standard deckt sowohl transparente (klare) als auch opake (trübe oder dunkle) Proben ab und befasst sich mit Herausforderungen bei Messungen wie Schwebstoffen oder Farbinterferenzen.

Die in der Norm EN ISO 3104 definierten Verfahren A (manuell) und B (automatisch) basieren beide auf dem Prinzip der Zeitmessung, die benötigt wird, um ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen unter Schwerkraft durch ein kalibriertes Glaskapillarröhrchen fließen zu lassen:

• Verfahren A – Manuelle Glasviskosimeter: Diese traditionelle Methode verwendet Gegenstromviskosimeter:
• Probenvorbereitung: Die Flüssigkeit wird gegebenenfalls filtriert und auf die Testtemperatur (typischerweise 20, 40 oder 100 Grad) vorgewärmt.
• Befüllung des Viskosimeters: Genau 10-20 ml der Probe werden mithilfe von Vakuum in die Viskosimeterkammer gesaugt.
• Durchflusszeitmessung: Die Flüssigkeit wird freigesetzt, und mit einer Stoppuhr wird die Durchflusszeit von der oberen Markierung bis zur unteren Markierung gemessen; hierfür sind in der Regel mehrere Durchläufe erforderlich, um den Durchschnitt zu ermitteln.
• Berechnung: Die kinematische Viskosität und die dynamische Viskosität werden nach den in der Norm angegebenen Formeln berechnet.

Die Genauigkeit wird dadurch gewährleistet, dass die Umgebungstemperatur innerhalb eines Bereichs von plus/minus 0,01 Grad gehalten wird und dass das Viskosimeter vertikal in einem Bad mit konstanter Temperatur aufgehängt wird.

• Verfahren B - Automatisierte Glaskapillarviskosimeter: Diese Methode wurde für Labore mit hohem Probendurchsatz entwickelt und verwendet Roboteraufbauten mit integrierten Sensoren.
• Die Automatisierung übernimmt die Abfüll-, Zeitmess- und Reinigungsprozesse.
• Optische Sensoren oder Drucksensoren erkennen den Meniskusdurchgang und eliminieren so Stoppuhrfehler.
• Es eignet sich ideal für undurchsichtige Flüssigkeiten, da es visuelle Parallaxenprobleme minimiert.

Beide Verfahren legen die Abmessungen des Viskosimeters entsprechend den zu erwartenden Viskositätsbereichen fest.

Die Viskosität beeinflusst direkt Folgendes:

• Kraftstoffeffizienz: Bei Motoren führt eine ungeeignete Viskosität zu schlechter Zerstäubung und erhöhten Emissionen.
• Schmierung: Öle müssen bei niedrigen Temperaturen ausreichend flüssig sein, aber unter Hitzeeinwirkung ihre Viskosität beibehalten.
• Pipeline-Transport: Genaue Daten verhindern Verstopfungen in Rohölpipelines.
• Qualitätssicherung: In Europa ist die Einhaltung der Norm EN ISO 3104 für Zertifizierungen wie ISO 9001 oder REACH zwingend erforderlich.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „EN ISO 3104 Erdölprodukte – Klare und trübe Flüssigkeiten – Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität“ an.