Grado Engler
Unità fuori SI di viscosità convenzionale · grandezza: la resistenza di un liquido allo scorrimento
La targa di una vecchia pompa a ingranaggi richiede non di rado un olio «non più denso di 8 °E a 50 °C», e chi è abituato ai centistokes legge quella riga con perplessità, poiché dietro il numero non sta alcun senso fisico. Il grado Engler è un rapporto di due tempi: quanti secondi duecento millilitri di liquido defluiscono da un recipiente di ottone attraverso un ugello tarato e quanti secondi impiega la stessa carica d'acqua dallo stesso recipiente. L'acqua vale perciò uno per definizione, e un olio che scorre otto volte più lentamente riceve otto gradi.
L'unità è costruita in modo che l'apparecchio serva da campione a se stesso, e ciò spiega d'un colpo tanto la sua comodità quanto la sua sventura: l'imbuto poteva essere fabbricato in qualsiasi laboratorio di stabilimento, ma in Germania lo si faceva secondo Engler, in Gran Bretagna secondo Redwood, in America secondo Saybolt, e uno stesso greggio riceveva tre numeri incomparabili. Ai centistokes passarono tutti e tre solo nella seconda metà del Novecento, mentre le targhe delle pompe, dei riduttori e degli impianti a olio combustibile rimasero scritte all'antica, e occorre convertirle ancora oggi.
01 · Definizione
Il grado Engler è il rapporto del tempo di efflusso di duecento millilitri del liquido in prova al tempo di efflusso della stessa carica di acqua distillata a venti gradi Celsius, essendo entrambe le misure eseguite su uno stesso apparecchio. Il tempo dell'acqua si chiama valore in acqua; su un viscosimetro in efficienza esso sta in cinquantun secondi con una tolleranza di un secondo.
Un legame con la viscosità cinematica esiste, ma non è lineare, e la ragione è del tutto fisica: il liquido lascia l'ugello non per il solo attrito viscoso ma anche per inerzia, sicché parte del carico se ne va in energia cinetica del getto. Finché il liquido è denso, la correzione d'inerzia può trascurarsi e il grado si converte in centistokes quasi proporzionalmente, mentre per i liquidi fluidi la correzione diventa comparabile con la misura stessa. Per questa ragione la formula di Ubbelohde non si applica sotto 1,35 °E, e l'imbuto Engler non si prende affatto per liquidi più fluidi di cinque millimetri quadrati al secondo.
La temperatura di misura si indica sempre ed entra nel verbale alla pari con il numero, poiché la viscosità di un olio si dimezza ogni venti gradi di riscaldamento. La pratica tedesca provava a venti, cinquanta e cento gradi; quella sovietica, che ereditò lo stesso apparecchio sotto il nome di viscosità convenzionale, si atteneva più spesso a cinquanta e ottanta — ed è quest'ultima temperatura a essere finita perfino nelle qualità di olio combustibile, dove il numero di M-40 o M-100 viene dalla viscosità a ottanta gradi.
Una grandezza definita mediante il proprio apparecchio non ha campione nel senso comune della parola: riproducibile non è la viscosità, bensì la coppia «recipiente più ugello», tarata con acqua. Di qui sia l'obbligo di verificare il valore in acqua prima di ogni serie, sia il divieto di convertire gradi altrui quando non si sa su quale apparecchio e a quale temperatura siano stati ottenuti.
Riscaldi il campione con il cursore, e il getto dall'ugello andrà più veloce: il cronometro, e con esso il grado Engler, risponde alla temperatura assai più bruscamente di quanto ci si aspetterebbe. La colonna a sinistra mostra quanto tempo impiegano duecento millilitri, e le righe a destra come uno stesso stato venga letto da quattro scale diverse.
La linea continua è la dipendenza reale dei centistokes dai gradi, quella tratteggiata la semplice proporzione con fattore 7,31. Negli oli densi, a destra della verticale, le due linee quasi coincidono; a sinistra, dove il liquido scorre facilmente, la proporzione sovrastima la viscosità, perché il getto lascia l'ugello per inerzia. Il segno rosso indica la regione sotto 1,35 °E in cui la misura semplicemente non è ritenuta attendibile.
02 · Conversione
Immetta ciò che è scritto sulla targa
Tutte le scale convenzionali si riconducono a un'unica viscosità cinematica, sicché la conversione tra loro è meccanica; la sua esattezza però non è assoluta: i secondi Saybolt e Redwood sono legati ai centistokes da formule altrettanto approssimate di quella che Ubbelohde ricavò per il proprio apparecchio.
Il valore in acqua dell'apparecchio è riportato nelle regolazioni fini della scheda, poiché il tempo di efflusso ne dipende direttamente: un secondo di differenza nella taratura dà circa il due per cento sul risultato.
Un numero senza temperatura non si converte, e non è pignoleria: uno stesso olio dà circa dodici gradi a cinquanta gradi Celsius e meno di tre a cento. Se sulla targa della pompa la temperatura non è indicata, si leggono per convenzione cinquanta gradi per gli oli industriali e ottanta per l'olio combustibile — meglio però è ritrovare l'edizione della norma secondo cui la targa è stata redatta.
| Valore | Nota | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Ordini di grandezza
scala logaritmica: dall'acqua al bitume04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura la viscosità
Un recipiente di ottone a bagno d'acqua o d'olio, in basso un ugello conico e un tappo di legno che si estrae nello stesso istante in cui si avvia il cronometro. Duecento millilitri si raccolgono in un matraccio tarato, e l'apparecchio stesso si tara con acqua prima di ogni serie, poiché tanto l'ugello quanto il volume si allontanano col tempo dai valori certificati.
Il parente americano dello stesso imbuto: un ugello di altro calibro, una carica di sessanta millilitri, e il risultato si chiama semplicemente secondi. Il numero esce circa trenta volte maggiore di quello di Engler, e nei rapporti petroliferi in inglese lo si incontra ancora oggi, benché l'ASTM abbia da tempo dato la precedenza ai centistokes.
Un tubo di vetro con due tacche fra le quali passa il menisco: il tempo di caduta si moltiplica per la costante del capillare e dà direttamente centistokes, senza alcuna scala convenzionale. Il metodo è descritto nella ISO 3104 e nella ASTM D445, ed è stato esso a scacciare gli imbuti, poiché richiede un ditale di campione e non dipende da quale mano tenga il cronometro.
Un mandrino ruota nel campione e si misura la coppia sull'albero, così che la durata della prova non dipende dalla densità ed è la stessa per l'olio e per il bitume. Il rotore sa fare ciò che l'imbuto non sa: impone la velocità di taglio, e solo su di esso si vede che un lubrificante additivato si assottiglia sotto taglio rapido.
05 · Regole di scrittura
Un grado senza temperatura non significa nulla
Il segno di grado si accosta alla maiuscola latina, il valore si separa con uno spazio, e la temperatura di misura si indica sempre, perché senza di essa il numero non può essere né verificato né convertito. Il simbolo sovietico della viscosità convenzionale si scrive in cirillico e parimenti con la temperatura; mettere invece un segno di uguale fra gradi e centistokes è inammissibile perfino in una minuta: il legame è approssimato e a senso unico.
La seconda scrittura confonde la grandezza con l'apparecchio, poiché gradi di viscosità non esistono — esiste un rapporto di tempi, rilevato su un determinato imbuto. La terza mette un segno di uguale dove spetta un'approssimazione, e in un rapporto dà quindi una falsa esattezza. La quarta è semplicemente impossibile: sotto 1,35 °E il metodo non funziona, e un numero ottenuto per un liquido così fluido non riflette la viscosità ma l'inerzia del getto.
06 · Unità vicine
I parenti più prossimi sono le altre scale convenzionali, costruite esattamente allo stesso modo: il tempo di efflusso di una carica attraverso un ugello tarato, solo che l'ugello in ogni paese è il proprio. Tutte convergono nella viscosità cinematica, e questa è legata a quella dinamica dalla densità — e solo questa coppia possiede una dimensione vera e un campione vero.
l'acqua vale uno
il risultato direttamente in secondi
secondo Redwood n. 1
Fra le schede di Simetrium stanno accanto classi di viscosità degli oli ISO VG e SAE, di cui questa scheda è il pendant, poise e stokes dal sistema CGS, nonché densità in kg/m³, senza la quale non si passa dalla viscosità cinematica a quella dinamica.
07 · Sezione storica
Tre imbuti di tre paesi
Carl Engler si occupava della raffinazione del greggio e aveva bisogno di un numero con cui confrontare le partite in arrivo da Baku e dalla Pennsylvania. L'apparecchio lo mise insieme con ciò che c'era in laboratorio, e come misura prese l'acqua, perché era a portata di mano di qualunque collega e non richiedeva tabella alcuna.
L'esperto britannico Boverton Redwood e l'ingegnere americano George Saybolt fecero ciascuno il proprio imbuto, e nessuno dei due divise il tempo per quello dell'acqua: davano il risultato direttamente in secondi. L'idea dei tre apparecchi era la stessa, i calibri degli ugelli diversi, e nelle controversie fra fornitore e acquirente ne uscivano tre numeri diversi per uno stesso carro cisterna.
Quando il commercio divenne internazionale, l'incomparabilità delle scale costò più della loro comodità, e le norme passarono alla viscosità cinematica misurata con il capillare. La DIN 51560 tedesca fu ritirata, l'ASTM conservò i secondi Saybolt solo come conversione di riferimento, e la viscosità convenzionale secondo GOST 6258 si mantenne nella pratica nazionale ancora per decenni.
La viscosità oggi si misura con il capillare o con il rotore, ma le pompe, i riduttori e gli impianti a olio combustibile installati prima del passaggio continuano a funzionare secondo le proprie targhe. Un manutentore che legge «non più denso di 8 °E a 50 °C» lo converte in sessanta millimetri quadrati al secondo e sceglie poi l'olio già per classe ISO VG — l'unità vive dunque non in laboratorio ma nelle carte.
Un apparecchio che è campione di se stesso
Il grado Engler non ha né può avere campione nel senso comune, poiché la definizione non rimanda a una costante della natura ma a un allestimento: un recipiente di questo volume, un ugello di questo calibro, una carica di duecento millilitri. Ciò che si certifica non è dunque l'unità ma l'apparecchio, e lo si certifica con acqua — l'unico liquido il cui tempo di efflusso sia ritenuto noto. Di qui tutto il lato rituale della misura: un valore in acqua fresco prima della serie, tre letture concordi, la temperatura del bagno annotata.
La debolezza di un simile allestimento si rivelò proprio là dove la sua comodità era massima. Finché uno stabilimento confrontava le proprie partite sul proprio imbuto, i numeri concordavano a meraviglia; ma non appena si dovettero confrontare partite di due paesi, risultò che esse non avevano una grandezza comune — solo tre verbali, fra i quali nulla di meglio di una conversione approssimata è possibile. Il viscosimetro capillare risolse il problema restituendo alla misura la sua dimensione: dà millimetri quadrati al secondo, e la costante del capillare si verifica su liquidi di riferimento, non sul proprio passato.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e grandezze fuori sistema senza le quali non funzionerebbero né la tecnica né il calendario.