EN ISO 3104 Produits pétroliers - Liquides clairs et opaques - Détermination de la viscosité cinématique et calcul de la viscosité dynamique

De nombreux produits pétroliers et certains matériaux non pétroliers sont utilisés comme lubrifiants. Le bon fonctionnement des équipements dépend de la viscosité appropriée du fluide utilisé. De plus, la viscosité de nombreux carburants pétroliers est importante pour prévoir les conditions optimales de stockage, de manutention et d'utilisation. Par conséquent, une mesure précise de la viscosité est essentielle pour de nombreuses spécifications de produits.

La norme « EN ISO 3104 Produits pétroliers - Liquides clairs et opaques - Détermination de la viscosité cinématique et calcul de la viscosité dynamique », basée sur une norme européenne et publiée ultérieurement par l'Organisation internationale de normalisation (ISO), décrit deux méthodes d'essai :

• Procédure A (manuelle) : La viscosité cinématique des produits transparents et opaques est déterminée à l'aide de viscosimètres en verre manuels dans une configuration automatisée.
• Procédure B (automatique). Réalisée à l'aide de viscosimètres à capillaire de verre.

La procédure A est une méthode de test d'arbitrage (ou méthode de test de référence) pour résoudre les doutes ou les litiges.

Aux fins de la présente norme, les définitions suivantes s'appliquent :

• Viscosité cinématique : elle désigne la résistance d’un fluide à l’écoulement sous l’effet de la gravité. En écoulement gravitaire sous une charge hydrostatique donnée, la pression exercée sur le fluide est proportionnelle à sa masse volumique. Pour tout viscosimètre, le temps d’écoulement d’un fluide à volume constant est directement proportionnel à sa viscosité cinématique.
• Viscosité dynamique : Ce terme désigne le rapport entre la contrainte de cisaillement appliquée et le taux de cisaillement d'un fluide. Il mesure la résistance d'un fluide à l'écoulement ou à la déformation. La viscosité dynamique est également employée, dans un autre contexte, pour désigner une grandeur dépendant de la fréquence, où la contrainte et le taux de cisaillement présentent une variation sinusoïdale du temps. On parle aussi de coefficient de viscosité dynamique ou de viscosité absolue.

La norme EN ISO 3104 couvre les produits pétroliers liquides, les esters méthyliques d'acides gras, le gazole paraffinique, les huiles végétales hydrogénées, les mélanges gaz-liquide et les mélanges de biodiesel contenant jusqu'à 50 % d'esters méthyliques d'acides gras. La viscosité cinématique est déterminée en mesurant le temps d'écoulement d'un volume de liquide sous l'effet de la gravité à l'aide d'un viscosimètre capillaire en verre étalonné. La viscosité dynamique est obtenue en multipliant la viscosité cinématique mesurée par la masse volumique du liquide. La plage de viscosité cinématique couverte par cette méthode d'essai est comprise entre 0,2 mm²/s et 300 000 mm²/s à des températures allant de -20 °C à +150 °C.

Les résultats obtenus par ces procédures dépendent du comportement de l'échantillon et sont principalement conçus pour les fluides où la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement sont proportionnels (comportement newtonien). Cependant, si la viscosité varie significativement avec le taux de cisaillement, des résultats différents peuvent être obtenus avec des viscosimètres présentant des diamètres capillaires différents.

Dans le secteur pétrolier et chimique, la viscosité est une propriété essentielle qui influe sur les performances des carburants et l'efficacité des lubrifiants. La norme EN ISO 3104 fournit une méthode précise pour déterminer la viscosité cinématique des produits pétroliers liquides. Cette norme garantit la cohérence et la fiabilité des essais, indispensables aux industries qui dépendent de données précises en dynamique des fluides.

La norme EN ISO 3104 s'applique à une large gamme de liquides à base de pétrole, notamment :

• Carburants (par exemple, essence, diesel)
• huiles lubrifiantes
• Bitume et asphalte
• Dérivés du pétrole brut

Cette norme couvre à la fois les échantillons transparents (clairs) et opaques (troubles ou foncés) et aborde les difficultés de mesure telles que les particules en suspension ou les interférences de couleur.

La procédure A (manuelle) et la procédure B (automatique), définies dans la norme EN ISO 3104, sont toutes deux basées sur le principe de chronométrage du temps nécessaire à un volume fixe de liquide pour s'écouler par gravité à travers un tube capillaire en verre calibré :

• Procédure A - Viscosimètres en verre manuels : Cette méthode traditionnelle utilise des viscosimètres à contre-courant :
• Préparation de l'échantillon : Le liquide est filtré si nécessaire et préchauffé à la température d'essai (généralement 20, 40 ou 100 degrés).
• Remplissage du viscosimètre : Exactement 10 à 20 mL d’échantillon sont aspirés dans la chambre du viscosimètre à l’aide du vide.
• Chronométrage de l'écoulement : le liquide est libéré et un chronomètre enregistre le temps d'écoulement du repère supérieur au repère inférieur ; cela nécessite généralement plusieurs essais pour obtenir une moyenne.
• Calcul : La viscosité cinématique et la viscosité dynamique sont calculées selon les formules données dans la norme.

La précision est assurée en maintenant la température ambiante dans une plage de plus/moins 0,01 degré et en veillant à ce que le viscosimètre soit suspendu verticalement dans un bain à température constante.

• Procédure B - Viscosimètres capillaires en verre automatisés : Conçue pour les laboratoires à haut débit, cette méthode utilise des configurations robotisées avec des capteurs intégrés.
• L'automatisation assure les opérations de remplissage, de temporisation et de nettoyage.
• Des capteurs optiques ou de pression détectent le passage du ménisque, éliminant ainsi les erreurs de chronométrage.
• Il est idéal pour les liquides opaques car il minimise les problèmes de parallaxe visuelle.

Les deux procédures spécifient les dimensions du viscosimètre en fonction des plages de viscosité attendues.

La viscosité influe directement sur les éléments suivants :

• Rendement énergétique : Dans les moteurs, une viscosité inadaptée entraîne une mauvaise atomisation et une augmentation des émissions.
• Lubrification : Les huiles doivent avoir une fluidité suffisante à basse température tout en conservant leur viscosité sous l'effet de la chaleur.
• Transport par pipeline : des données précises permettent d’éviter les blocages dans les oléoducs.
• Assurance qualité : En Europe, la conformité à la norme EN ISO 3104 est obligatoire pour les certifications telles que l'ISO 9001 ou REACH.

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