EN ISO 3104 Produkty naftowe – Ciecze klarowne i nieprzezroczyste – Oznaczanie lepkości kinematycznej i obliczanie lepkości dynamicznej

Wiele produktów ropopochodnych i niektóre materiały niepochodzące z ropy naftowej są stosowane jako środki smarne. Prawidłowa praca urządzeń zależy od odpowiedniej lepkości używanego płynu. Ponadto, lepkość wielu paliw ropopochodnych jest istotna dla przewidywania optymalnych warunków przechowywania, obsługi i eksploatacji. Dlatego dokładny pomiar lepkości jest niezbędny dla wielu specyfikacji produktów.

Norma EN ISO 3104 Produkty naftowe – Ciecze klarowne i nieprzezroczyste – Oznaczanie lepkości kinematycznej i obliczanie lepkości dynamicznej”, oparta na normie europejskiej, a później opublikowana przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO), opisuje dwie metody badawcze:

• Procedura A (ręczna): Lepkość kinematyczną produktów przezroczystych i nieprzezroczystych określa się przy użyciu ręcznych szklanych wiskozymetrów w układzie zautomatyzowanym.
• Procedura B (automatyczna). Wykonywana przy użyciu szklanych wiskozymetrów kapilarnych.

Procedura A jest metodą testowania arbitrażowego (lub metodą testowania referencyjnego) służącą do rozstrzygania wątpliwości lub sporów.

Na potrzeby niniejszego standardu stosuje się następujące definicje:

• Lepkość kinematyczna: Odnosi się do oporu stawianego przez ciecz przepływowi pod wpływem grawitacji. W przepływie grawitacyjnym pod danym obciążeniem hydrostatycznym, ciśnienie cieczy jest proporcjonalne do jej gęstości. W przypadku dowolnego wiskozymetru, czas przepływu cieczy przy stałej objętości jest wprost proporcjonalny do jej lepkości kinematycznej.
• Lepkość dynamiczna: Odnosi się do stosunku przyłożonego naprężenia ścinającego do szybkości ścinania cieczy. Jest miarą oporu cieczy wobec przepływu lub odkształcenia. Termin „lepkość dynamiczna” jest również używany w innym kontekście, aby określić wielkość zależną od częstotliwości, gdzie naprężenie ścinające i szybkość ścinania mają sinusoidalną zależność od czasu. Lepkość dynamiczna może być również nazywana współczynnikiem lepkości dynamicznej lub lepkością bezwzględną.

Norma EN ISO 3104 obejmuje ciekłe produkty naftowe, estry metylowe kwasów tłuszczowych, parafinowy olej napędowy, uwodorniony olej roślinny, mieszanki gazowo-cieczowe oraz mieszanki biopaliwowe zawierające do 50% estrów metylowych kwasów tłuszczowych. Lepkość kinematyczną określa się, mierząc czas przepływu objętości cieczy pod wpływem siły ciężkości za pomocą skalibrowanego szklanego wiskozymetru kapilarnego. Lepkość dynamiczną uzyskuje się, mnożąc zmierzoną lepkość kinematyczną przez gęstość cieczy. Zakres lepkości kinematycznej objęty tą metodą pomiarową wynosi od 0,2 mm²/s do 300 000 mm²/s w temperaturach od -20°C do +150°C.

Wyniki uzyskane za pomocą tych procedur zależą od zachowania próbki i są przeznaczone przede wszystkim do stosowania w płynach, w których naprężenie ścinające i szybkość ścinania są proporcjonalne (dynamika przepływu Newtona). Jednakże, jeśli lepkość zmienia się znacząco wraz ze zmianą szybkości ścinania, wiskozymetry o różnych średnicach kapilar mogą dawać różne wyniki.

W świecie inżynierii naftowej i chemicznej lepkość jest kluczowym parametrem wpływającym na wszystko, od parametrów paliwa po wydajność środków smarnych. Norma EN ISO 3104 określa precyzyjną metodę określania lepkości kinematycznej ciekłych produktów naftowych. Norma ta gwarantuje spójność i niezawodność testów, które są niezbędne dla branż opierających się na dokładnych danych z zakresu dynamiki płynów.

Norma EN ISO 3104 ma zastosowanie do szerokiej gamy cieczy na bazie ropy naftowej, w tym:

• Paliwa (np. benzyna, olej napędowy)
• oleje smarowe
• Bitum i asfalt
• Pochodne ropy naftowej

Norma ta dotyczy zarówno próbek przezroczystych (klarownych), jak i nieprzezroczystych (mętnych lub ciemnych) i odnosi się do problemów związanych z pomiarami, takich jak obecność zawieszonych cząstek lub interferencja kolorów.

Procedura A (ręczna) i procedura B (automatyczna), zdefiniowane w normie EN ISO 3104, opierają się na zasadzie pomiaru czasu, w którym ustalona objętość cieczy przepływa pod wpływem grawitacji przez skalibrowaną szklaną rurkę kapilarną:

• Procedura A - Ręczne wiskozymetry szklane: W tej tradycyjnej metodzie wykorzystuje się wiskozymetry przeciwprądowe:
• Przygotowanie próbki: W razie potrzeby ciecz jest filtrowana i podgrzewana do temperatury badania (zwykle 20, 40 lub 100 stopni).
• Napełnianie wiskozymetru: Do komory wiskozymetru zasysa się dokładnie 10–20 ml próbki przy użyciu podciśnienia.
• Pomiar czasu przepływu: Ciecz zostaje wypuszczona, a stoper mierzy czas przepływu od górnego do dolnego znaku. Zwykle wymaga to kilku przebiegów w celu obliczenia średniej.
• Obliczenia: Lepkość kinematyczną i lepkość dynamiczną oblicza się według wzorów podanych w normie.

Dokładność jest zapewniona dzięki utrzymywaniu temperatury otoczenia w zakresie plus/minus 0,01 stopnia i zawieszeniu wiskozymetru pionowo w kąpieli o stałej temperaturze.

• Procedura B - Automatyczne wiskozymetry kapilarne szklane: Metoda ta, przeznaczona do laboratoriów o dużej przepustowości, wykorzystuje robotyczne zestawy ze zintegrowanymi czujnikami.
• Automatyzacja odpowiada za procesy napełniania, pomiaru czasu i czyszczenia.
• Czujniki optyczne lub ciśnieniowe wykrywają przejście menisku, eliminując błędy stopera.
• Doskonale sprawdza się w przypadku cieczy nieprzezroczystych, gdyż minimalizuje problemy związane z paralaksą wizualną.

Obie procedury określają wymiary wiskozymetru zgodnie z oczekiwanymi zakresami lepkości.

Lepkość ma bezpośredni wpływ na następujące czynniki:

• Oszczędność paliwa: W silnikach nieodpowiednia lepkość prowadzi do słabego rozpylania i zwiększonej emisji.
• Smarowanie: Oleje muszą mieć odpowiednią płynność w niskich temperaturach, lecz zachowywać gęstość pod wpływem ciepła.
• Transport rurociągowy: Dokładne dane zapobiegają zatorom w rurociągach z ropą naftową.
• Zapewnienie jakości: W Europie zgodność z normą EN ISO 3104 jest obowiązkowa w przypadku certyfikacji takich jak ISO 9001 lub REACH.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby klientów, oferując im zaawansowane usługi badawcze oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi badawcze dla przedsiębiorstw zgodnie z normą „EN ISO 3104 Produkty naftowe – Ciecze klarowne i nieprzezroczyste – Oznaczanie lepkości kinematycznej i obliczanie lepkości dynamicznej”.