Viskozita

Co je to viskozita?

Výpočty a jendotky | Teplotní závislost | Viskozitní index | Viskozitní třídy

Viskozita popisuje vlastnosti prodění kapalin a planů. Udává míru vnitřního odporu (tření) kapaliny vůči tečení. Viskozita je jednou z nejdůležitějších fyzikálních vlastností kapalin. Viskozita oleje nám určuje oblast možného použití. Nicméně viskozita není kvalitativním měřítkem oleje. Pouze nám popisuje schopnost vytvoření mazacího filmu mezi dvěma třecími plochami.

Viskozita je vázaná na molekulární strukturu kapaliny. Respektive silou na překonání odporu vazeb mezi molekulami.

Název „viskozita“ je odvozen o latinského slova „viscum“ , který se používal pro označení velice hustého sirupu vyráběného z jmelí. Tento sirup se původně používal jako lep pro chytání drobného ptactva.

Jednotky viskozity a vzorce

Kinematická viskozita je dána podílem dynamické viskozity a hustoty. Dynamická viskozita – síla tření, která vzniká mezi dvěma vrstvami proudící kapaliny, které se stýkají plochou 1 m2 a rozdíl jejich rychlostí je 1 ms−1.

	Dynamická viskozita	Kinematická viskozita
Veličiny	η	ν
Jednotky	Pa·s	mm²/s

K měření viskozity např. dle ISO 3219 se používá viskozimetr.

Ve vztahu k plastickým mazivům a jejich konzistenci se nebavíme o viskozitě, ale stanovujeme tzv. penetraci, která nám následně určí třídu dle NLGI. Tato penetrace se měří dle standardizované metody pronikání kužele definovaných rozměrů do maziva.

Příklady viskozit

Typické hodnoty viskozity vybraných kapalin jsou prezentovány viz níže.

Kapalina	η v mPa·s
Voda při 20 °C	1.0
Voda při 25 °C	0.891
Voda při 5 °C	1.52
Rtuť při 20 °C	1.55
Líh při 20 °C	1.19
Benzín při 40 °C	approx. 0.5
Nafta při 40 °C	approx. 3.1
Motorový olej při 25 °C	approx. 100
Motorový olej při 150 °C	approx. 3
Topný olej při 20 °C	approx. 4-6
Bitumen při 20 °C	approx. 10¹¹
Olivový olej při 20 °C	approx. 10²
Med při 20 °C	approx. 10⁴
Krev při 37 °C	approx. 4-25

Závislost viskozity na teplotě

Viskozita je vždy závislá na teplotě. Dynamická viskozita klesá s rostoucí teplotou. Viskozitní index určuje závislost mezi kinematickou viskozitou a teplotou. Viskozita oleje vždy závisí na teplotě. Nicméně tato závislost je ovlivněna kvalitou oleje. Viskozitně-teplotní chování olejů se nemění lineárně. Každý olej vykazuje rozdílné chování. Dva různé oleje mohou mít například stejnou kinematickou viskozitu při 40°C, ale úplně odlišnou při 100°C.

Viskozitní index

Viskozitní index (VI) popisuje závislost viskozity na teplotě a vztahuje se ke kinematické viskozitě oleje. Nepřímo viskozitní index charakterizuje kvalitu oleje. Olej s vyšším viskozitním indexem je méně závislý na změnách teploty. Takový olej si zachovává svoje vlastnosti v širokém spektru teplot. Viskozitní index byl popsán poprvé v roce 1928 u minerálních olejích. Viskozitní index začínal na hodnotě 0 (oleje velmi závislé na teplotě) a 100 (oleje s nízkou závislostí). V průběhu času se můžeme setkávat i s hodnotou viskozitního indexu 400. Viskozitní index může být uměle ovlivněn tzv. „ zvyšovateli viskozitního index“ (VI improvers).

Druh oleje	VI
Minerální oleje	80-120
HC oleje	120-140
PAO oleje	135-160
Esterové olej	140-190
PAG oleje	200-220

Rozdílné chování různých druhů olejů může být vizuálně zobrazeno ve viskozitně-teplotním grafu. V teplotním rozsahu mezi +40°C a 100°C můžeme popsat tuto závislost přímkou.

Tímto způsobem můžeme rozpoznat vhodnost použití oleje v různých pracovních teplotách.

Závislost viskozity na tlaku

Kromě teplotní závislosti viskozitu také ovlivňuje i tlak. Tato závislost je ovšem menší. Viskozita narůstá s nárůstem tlaku. Závislostí viskozity na tlaku se má smysl zabývat až od hodnot 400 barů. Změny viskozity pod hodnotou 400 barů víceméně minimální. Příkladem můžeme uvést, že zvýšení tlaku o 100 barů má daleko menší vliv na změnu viskozity než zvýšení teploty o 10°C.

Změna viskozity oleje během provozu

Změna viskozity během provozu v důsledku změn teploty a tlaku je zcela přirozená. V případě, že se viskozita použitého oleje výrazně liší od hodnot nového oleje, může to být indikace stárnutí oleje. V takovém případě by mělo dojít k výměně oleje. Viskozita oleje může ovšem i poklesnout. V obou případech již není zajištěno optimální mazání.

Příčiny nárůstu viskozity:

Oxidace, vyčerpání antioxidantů
Okyselení
Vznik úsad
Kontaminace cizími látkami
Doplnění oleje rozdílné viskozity

Příčiny poklesu viskozity:
Degradace zvyšovatelů viskozitního indexu
Únik paliva do oleje
Doplnění oleje rozdílné viskozity

Klasifikace viskozitních tříd

Maziva používaná v průmyslových a automobilových aplikacích jsou klasifikovány odlišně z pohledu viskozity.

Rozlišujeme:
SAE J300 pro tzv. mono a multigrádní motorové oleje (např. SAE 5W, SAE 30, SAE 5W-30)
SAE J306 pro automobilové průmyslové převodové oleje (např. SAE 75W-90)
ISO VG pro průmyslové oleje (např. Hydraulic oil HLP 46, Gear oil CLP 320)
SAE třídy pro motorové a převodové oleje

Zkratka SAE je odvozena od americké organizace, která sdružuje členy výrobců v automobilovém sektoru (Society of Automotive Engineers). Tato organizace zavádí celosvětově uznávané standardy klasifikace viskozitních tříd zejména v oblasti automobilových motorových a převodových olejů.

Motorové olej mohou být klasifikovány jako oleje mono nebo multigrádní. V případě použití multigrádních olejů jsou jejich vlastnosti charakterizovány pro použití v letním i zimním období. Multigrádní oleje zajišťují optimální mazání během studených startů a zároveň dostatečné mazání při vysokých teplotách (100 °C). Proto se udává u těchto olejů kinematická viskozita při teplotě 100°C . Jako příklad můžeme uvést vícerozsahový olej SAE 5W-30. V kontrastu, monográdní olej např. SAE 30 , splňuje tyto vlastnosti pouze částečně.

Motorové oleje jsou klasifikované dle SAE J300. Běžně používaný olej např. 5W-30 nebo 0W-40 vyžaduje kvalitní základový olej s vysokým viskozitním indexem. Toho se docílí přidáním zvyšovatelů VI během výroby.

SAE třídy	Viskozita za nízkých teplot v mPa·s	Hraniční teplota čerpatelnosti v °C ¹⁾	Min. střihová viskozita při 100 °C v mm²/s	Max. střihová viskozita při 100 °C v mm²/s	HTHS 150 °C v Pa·s
0W	6.200	-40	3.8	-	-
5W	6.600	-35	3.8	-	-
10W	7.000	-30	4.1	-	-
15W	7.000	-25	5.6	-	-
20W	9.500	-20	5.6	-	-
25W	13.000	-15	9.3	-	-
8	-	-	4.0	< 6.1	1.7
12	-	-	5.0	< 7.1	2.0
16	-	-	6.1	< 8.2	2.3
20	-	-	6.9	< 9.3	2.6
30	-	-	9.3	< 12.5	2.9
40	-	-	12.5	< 16.3	2.9 ²⁾
40	-	-	12.5	< 16.3	3.7 ³⁾
50	-	-	16.3	< 21.9	3.7
60	-	-	21.9	< 26.1	3.7

1) Bezpečná teplota startovatelnosti je přibližně + 5 °C nad hraniční teplotou čerpatelnosti.

2) Hodnota HTHS pro multigrádní oleje 0W/5W/10W-40.

3) Hodnota HTHS pro multigrádní oleje 5W/20W/25W-40.

Některé moderní vysoce výkonné motory vyžadují minimální pracovní viskozitu při teplotě 150 °C and a smykovém spádu 106/s. HTHS viscozita (High Temperature High Shear). Jedná se o hodnotu dynamické viskozity při vysoké teplotě 150°C a vysokém smykovém spádu. Limitní hodnoty jsou stanoveny např. organizacemi jako je SAE nebo ACEA stejně tak i předními výrobci automobilů.

Převodové oleje jsou klasifikovány dle SAE J306.

SAE třídy	Maximální dynamická viskozita 150.000 mPa·s při °C	Min. viskozita při 100 °C v mm²/s	Max. viskozita při 100 °C v mm²/s
70W	-55	3.8	-
75W	-40	3.8	-
80W	-26	8.5	-
85W	-12	11.0	-
65	-	3.8	< 5.0
70	-	5.0	< 6.5
75	-	6.5	< 8.5
80	-	8.5	< 11.0
85	-	11.0	< 13.5
90	-	13.5	< 18.5
110	-	18.5	< 24.0
140	-	24.0	< 32.5
190	-	32.5	< 41.0
250	-	41.0	-

ISO VG pro průmyslové oleje

Zkratka ISO VG znamená "International Organization for Standardization Viscosity Grade". V rámci 18 viskozitních tříd definuje minimální a maximální kinematickou viskozitu při teplotě 40 °C. Tyto viskozitní třídy začínají na hodnotě 2 („velmi řídký“) do 1500 (velmi hustý).

ISO VG	Kin. viskozita v mm²/s při 40°C	Min. kin.viskozita v mm²/s při 40°C	Max kin. viskozita v mm²/s při 40°C
2	2.2	1.98	2.42
3	3.2	2.88	3.52
5	4.6	4.14	5.06
7	6.8	6.12	7.48
10	10	9	11
15	15	13.5	16.5
22	22	19.8	24.2
32	32	28.8	35.2
46	46	41.4	50.6
68	68	61.2	74.8
100	100	90	110
150	150	135	165
220	220	198	242
320	320	288	352
460	460	414	506
680	680	612	748
1000	1000	900	1100
1500	1500	1350	1650

Prosím používejte pouze maziva dle doporučené viskozitní třídy!