ความหนืด (Viscosity) เป็นคุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่บ่งบอกถึงความต้านทานของของเหลวต่อการไหล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของของเหลว ความหนืดมีบทบาทสำคัญในหลายอุตสาหกรรม รวมถึงการผลิตน้ำมันหล่อลื่น เชื้อเพลิง และจาระบี ซึ่งแต่ละประเภทมีความหนืดที่แตกต่างกันตามการใช้งานและสภาพแวดล้อม
ตัวอย่างของความหนืดส่งผลต่อของเหลว เช่น
น้ำมันหล่อลื่น
น้ำมันหล่อลื่นเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการใช้ความหนืดในการลดแรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนเครื่องจักร น้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดสูงจะช่วยป้องกันการสึกหรอและการเกิดความร้อนในเครื่องยนต์ ในขณะที่น้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดต่ำจะช่วยให้การไหลของน้ำมันเป็นไปอย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น การเลือกน้ำมันหล่อลื่นที่เหมาะสมจึงต้องพิจารณาความหนืดที่เหมาะสมกับสภาพการทำงานของเครื่องยนต์
จาระบี
จาระบีเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูงและมีส่วนผสมของสารเพิ่มความหนืด ซึ่งช่วยให้สามารถรักษาความหนืดในสภาวะที่มีแรงกดสูงได้ จาระบีมักถูกใช้ในเครื่องจักรที่ต้องการการหล่อลื่นในระยะยาว เช่น แบริ่งและเกียร์ โดยการเลือกจาระบีที่มีความหนืดเหมาะสมจะช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรและลดการบำรุงรักษา
เชื้อเพลิง
เชื้อเพลิง เช่น น้ำมันเบนซินและดีเซล มีความหนืดที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการเผาไหม้ในเครื่องยนต์ น้ำมันที่มีความหนืดต่ำจะช่วยให้การจ่ายเชื้อเพลิงเป็นไปอย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ ในขณะที่น้ำมันที่มีความหนืดสูงอาจทำให้เกิดปัญหาในการจ่ายเชื้อเพลิงและการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความหนืด
อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้ความหนืดของของเหลวลดลง เนื่องจากโมเลกุลของของเหลวมีพลังงานมากขึ้น ซึ่งช่วยให้พวกมันสามารถเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างกันได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้การไหลของของเหลวเป็นไปได้อย่างราบรื่นมากขึ้น
น้ำมันหล่อลื่น
ในกรณีของน้ำมันหล่อลื่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพการหล่อลื่นได้อย่างมาก น้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดสูงในอุณหภูมิต่ำจะช่วยป้องกันการสึกหรอ แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น น้ำมันอาจบางลงจนไม่สามารถให้การป้องกันที่เพียงพอได้ ดังนั้น การเลือกน้ำมันหล่อลื่นที่เหมาะสมกับอุณหภูมิในการทำงานจึงมีความสำคัญ
เชื้อเพลิง
เชื้อเพลิง เช่น น้ำมันเบนซินและดีเซล ก็ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิด้วย เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดของเชื้อเพลิงจะลดลง ทำให้การจ่ายเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ในทางกลับกัน หากอุณหภูมิต่ำเกินไป เชื้อเพลิงอาจมีความหนืดสูงขึ้น ส่งผลให้ไม่สามารถจ่ายได้อย่างราบรื่น
จาระบี
สำหรับจาระบี ซึ่งมีความหนืดสูง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะมีผลต่อความสามารถในการหล่อลื่นเช่นกัน จาระบีที่มีความหนืดสูงในอุณหภูมิต่ำจะช่วยให้การหล่อลื่นมีประสิทธิภาพ แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดจะลดลง อาจทำให้จาระบีไม่สามารถยึดติดกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ดีพอ
ดังนั้น เมื่อมีการทดสอบค่าความหนืด อุณหภูมิเป็นอีกหนึ่งตัวแปรที่ต้องควบคุมและรายงาน ณ ขณะทำการทดสอบเช่นกัน
วิธีการทดสอบความหนืด
การทดสอบความหนืดของของเหลวมีความสำคัญในหลายอุตสาหกรรม เนื่องจากความหนืดเป็นตัวชี้วัดความต้านทานการไหลของของเหลว ซึ่งสามารถบ่งบอกถึงคุณสมบัติการทำงานและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น น้ำมันหล่อลื่น เชื้อเพลิง และจาระบี
1.การทดสอบแบบ Kinematic
เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความหนืดของของเหลวโดยอาศัยหลักการที่ว่า เวลาที่ของเหลวไหลผ่านท่อขนาดเล็ก (capillary tube) จะแปรผกผันกับความหนืดของของเหลวนั้น มีหลักการทำงาน ดังนี้
- ตัวอย่างของเหลวจะถูกดูดเข้าไปในท่อขนาดเล็กที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวที่แน่นอน
- ของเหลวจะไหลผ่านท่อด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก โดยใช้เวลาที่กำหนดให้ของเหลวไหลผ่านจุดสังเกตสองจุดบนท่อ
- เวลาที่ใช้ในการไหลจะแปรผกผันกับความหนืดจลน์ (kinematic viscosity) ของของเหลวตามสมการของ Poiseuille
- ความหนืดจลน์สามารถคำนวณได้จากเวลาที่วัดได้และค่าคงที่ของท่อ โดยมีหน่วยเป็น mm²/s หรือ cSt (centistokes)
Capillary Viscometer เหมาะสำหรับใช้กับของเหลวที่มีความหนืดต่ำถึงปานกลาง เช่น น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันเชื้อเพลิง และสารละลายต่าง ๆ
2.Dynamic viscosity (η)
หรือที่เรียกว่า absolute viscosity เป็นการวัดความต้านทานภายในของของเหลวต่อการไหล โดยจะต้องใช้แรงภายนอกในการวัด เช่น การให้แรงเฉือน (Shear) การใช้ rotational viscometer ซึ่งจะวัดแรงที่ต้องใช้ในการทำให้ของเหลวไหล มีหน่วยเป็น centipoise (cP) หรือ Ns/m²
บริษัท Chemical House and Lab Instrument จำหน่าย เครื่องวัดความหนืด หลากหลายประเภท ทั้ง Kinematic Viscometer, Dynamic Viscometer โดยเครื่องสามารถทดสอบความหนืดได้หลากหลาย รองรับตัวอย่างได้หลายประเภท และสามารถควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญที่ส่งผลต่อความหนืด เช่นกัน
- Multirange Viscometer ตามมาตรฐาน ASTM D445 จากแบรนด์ Herzog– PAC รุ่นHVM 472 เป็นเครื่องวัดความหนืดอัตโนมัติใช้กับน้ำมันใส ที่มีความหนืดในช่วง 0.5 – 5,000 cSt ที่อุณหภูมิ 20 – 150 องศาเซลเซียส และมี Autosampler ที่รองรับตัวอย่างได้ 26 ตำแหน่ง
- HVU Ubbelohde Viscometers จากแบรนด์ Herzog– PAC เป็นเครื่องวัดความหนืดอัตโนมัติใช้กับน้ำมันใส ที่อุณหภูมิ 20 – 150 องศาเซลเซียส สำหรับ HVU481 และ -40 – 100 องศาเซลเซียสสำหรับ HVU482 และสามารถฉีดตัวอย่างได้เองหรือใช้ Autosampler สำหรับฉีดตัวอย่างได้ 48 หรือ 96 ตำแหน่ง
- OptiMVD จากแบรนด์ Phase Technology by PAC ใช้วัดความหนืดตามมาตรฐาน ASTM D7945 โดยวิธีนี้อิงตามหลักการ Hagen-Poiseuille ของการไหลผ่านท่อแคปิลารีแนวนอน มีการดูดตัวอย่างจากขวดตัวอย่างที่ปิดสนิท และนำเข้าไปในเซลล์วัดที่ควบคุมอุณหภูมิ มีเซนเซอร์แสง และมีบล็อกความร้อนล้อมรอบเซลล์วัด และประกอบเข้าด้วยกับความหนาแน่น (Densiy) ตามมาตรฐาน ASTM D7777 สามารถวัดตัวอย่างที่มีความหนืดตั้งแต่ 1 mm²/วินาที ถึง 2,000 mm²/วินาที ที่ 40°C รองรับจำนวนตัวอย่างสูงสุด 48 ตัวอย่างต่อการโหลดตัวอย่าง 1 ครั้ง
- Oscillating Piston จากแบรนด์ Cambridge Viscosity – PAC ตามมาตรฐาน ASTM D7483 เป็นเครื่องทดสอบแบบอัตโนมัติ โดยแบ่งรุ่นย่อยออกเป็น VISCOlab-3000 เหมาะสำหรับทดสอบตัวอย่างน้ำมันที่มีความหนืดสูง VISCOlab-4000 เหมาะสำหรับตัวอย่างน้ำมันใส VISCOlab-PVT เหมาะสำหรับน้ำมันดิบซึ่งสามารถทดสอบได้ที่อุณหภูมิและความดันสูง
ที่มา:
https://th.rheonics.com/viscosity/
สอบถาม Add Line OA หรือ Add line จาก QR Code ด้านล่าง
