Grau Engler
Unidade fora do SI de viscosidade convencional · grandeza: a resistência de um líquido ao escoamento
A chapa de uma velha bomba de engrenagens exige não raro um óleo «não mais espesso do que 8 °E a 50 °C», e quem está habituado aos centistokes lê essa linha com perplexidade, pois atrás do número não está sentido físico nenhum. O grau Engler é uma razão de dois tempos: quantos segundos duzentos mililitros de líquido levam a escoar de um recipiente de latão por um bocal calibrado e quantos segundos leva a mesma carga de água do mesmo recipiente. A água vale por isso um por definição, e um óleo que corre oito vezes mais devagar recebe oito graus.
A unidade está construída de tal modo que o aparelho serve de padrão a si mesmo, e isso explica de uma vez tanto a sua comodidade como a sua desgraça: o funil podia fabricar-se em qualquer laboratório de fábrica, mas na Alemanha fazia-se segundo Engler, na Grã-Bretanha segundo Redwood, na América segundo Saybolt, e um mesmo petróleo recebia três números incomparáveis. Para os centistokes passaram os três apenas na segunda metade do século vinte, ao passo que as chapas das bombas, dos redutores e das instalações de fuelóleo continuaram escritas à antiga, e é preciso convertê-las ainda hoje.
01 · Definição
O grau Engler é a razão do tempo de escoamento de duzentos mililitros do líquido ensaiado ao tempo de escoamento da mesma carga de água destilada a vinte graus Celsius, sendo ambas as medições feitas num mesmo aparelho. Ao tempo da água chama-se valor em água; num viscosímetro em condições fica em cinquenta e um segundos com uma tolerância de um segundo.
Existe uma relação com a viscosidade cinemática, mas não é linear, e a razão é inteiramente física: o líquido abandona o bocal não só por atrito viscoso mas também por inércia, de modo que parte da carga se vai em energia cinética do jato. Enquanto o líquido é espesso, a correção de inércia pode desprezar-se e o grau converte-se em centistokes quase proporcionalmente, ao passo que nos líquidos fluidos a correção chega a ser comparável com a própria medição. Por essa razão a fórmula de Ubbelohde não se aplica abaixo de 1,35 °E, e o funil Engler não se toma de todo para líquidos mais fluidos do que cinco milímetros quadrados por segundo.
A temperatura de medição indica-se sempre e entra no registo em pé de igualdade com o número, pois a viscosidade de um óleo reduz-se a metade por cada vinte graus de aquecimento. A prática alemã ensaiava a vinte, cinquenta e cem graus; a soviética, que herdou o mesmo aparelho sob o nome de viscosidade convencional, ateve-se com mais frequência a cinquenta e oitenta — e é esta última temperatura que passou até às qualidades de fuelóleo, onde o número de M-40 ou M-100 vem da viscosidade a oitenta graus.
Uma grandeza definida pelo seu próprio aparelho não tem padrão no sentido corrente da palavra: o que é reproduzível não é a viscosidade, mas o par «recipiente mais bocal», calibrado com água. Daí tanto a exigência de verificar o valor em água antes de cada série como a proibição de converter graus alheios quando se ignora em que aparelho e a que temperatura foram obtidos.
Aqueça a amostra com o cursor e o jato do bocal correrá mais depressa: o cronómetro, e com ele o grau Engler, responde à temperatura muito mais bruscamente do que seria de esperar. A coluna da esquerda mostra quanto tempo levam duzentos mililitros, e as linhas da direita como um mesmo estado é lido por quatro escalas diferentes.
A linha cheia é a dependência real dos centistokes em relação aos graus, a tracejada a simples proporção com o fator 7,31. Nos óleos espessos, à direita da vertical, as duas linhas quase coincidem; à esquerda, onde o líquido corre com facilidade, a proporção sobrestima a viscosidade, porque o jato abandona o bocal por inércia. A marca vermelha assinala a região abaixo de 1,35 °E em que a medição simplesmente não é tida por fiável.
02 · Conversão
Introduza o que consta da chapa
Todas as escalas convencionais se reduzem a uma única viscosidade cinemática, de modo que a conversão entre elas é mecânica; a sua exatidão, porém, não é absoluta: os segundos Saybolt e Redwood estão ligados aos centistokes por fórmulas tão aproximadas como a que Ubbelohde deduziu para o seu próprio aparelho.
O valor em água do aparelho está nos ajustes finos da ficha, pois o tempo de escoamento depende dele diretamente: um segundo de diferença na calibração dá cerca de dois por cento no resultado.
Um número sem temperatura não se converte, e não é implicância: um mesmo óleo dá cerca de doze graus a cinquenta graus Celsius e menos de três a cem. Se na chapa da bomba não constar a temperatura, leem-se por defeito cinquenta graus para óleos industriais e oitenta para fuelóleo — melhor é, porém, encontrar a edição da norma segundo a qual a chapa foi elaborada.
| Valor | Nota | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Ordens de grandeza
escala logarítmica: da água ao betume04 · Instrumentos de medição
Com que se mede a viscosidade
Um recipiente de latão em banho de água ou de óleo, em baixo um bocal cónico e uma rolha de madeira que se retira no mesmo instante em que se dispara o cronómetro. Duzentos mililitros são recolhidos num balão volumétrico, e o próprio aparelho é calibrado com água antes de cada série, pois tanto o bocal como o volume se afastam com o tempo dos valores certificados.
O parente americano do mesmo funil: um bocal de outro calibre, uma carga de sessenta mililitros, e ao resultado chama-se simplesmente segundos. O número sai cerca de trinta vezes maior do que o de Engler, e nos relatórios petrolíferos em inglês encontra-se até hoje, embora a ASTM há muito tenha dado precedência aos centistokes.
Um tubo de vidro com duas marcas entre as quais passa o menisco: o tempo de queda multiplica-se pela constante do capilar e dá centistokes diretamente, sem quaisquer escalas convencionais. O método está descrito na ISO 3104 e na ASTM D445, e foi ele que expulsou os funis, pois exige um dedal de amostra e não depende de que mão segura o cronómetro.
Um fuso roda na amostra e mede-se o binário no veio, de modo que a duração do ensaio não depende da espessura e é a mesma para o óleo e para o betume. O rotor consegue o que o funil não consegue: impõe a velocidade de corte, e só nele se vê que um lubrificante com aditivos se torna mais fluido sob corte rápido.
05 · Regras de escrita
Um grau sem temperatura não significa nada
O sinal de grau cola-se à maiúscula latina, o valor separa-se com um espaço, e a temperatura de medição indica-se sempre, pois sem ela o número não pode ser verificado nem convertido. O símbolo soviético da viscosidade convencional escreve-se em cirílico e igualmente com temperatura; pôr, em contrapartida, um sinal de igual entre graus e centistokes é inadmissível mesmo num rascunho: a relação é aproximada e de sentido único.
A segunda escrita confunde a grandeza com o aparelho, pois graus de viscosidade não existem — existe uma razão de tempos, colhida num funil determinado. A terceira põe um sinal de igual onde cabe uma aproximação, e num relatório dá portanto uma exatidão falsa. A quarta é simplesmente impossível: abaixo de 1,35 °E o método não funciona, e um número obtido para um líquido tão fluido não reflete a viscosidade mas a inércia do jato.
06 · Unidades vizinhas
Os parentes mais próximos são as restantes escalas convencionais, construídas exatamente do mesmo modo: o tempo de escoamento de uma carga por um bocal calibrado, só que o bocal é próprio de cada país. Todas convergem para a viscosidade cinemática, e esta está ligada à dinâmica pela massa volúmica — e só este par tem uma dimensão real e um padrão real.
a água vale um
o resultado diretamente em segundos
segundo Redwood n.º 1
De entre as fichas do Simetrium estão ao lado classes de viscosidade de óleos ISO VG e SAE, de que esta ficha é o par, poise e stokes do sistema CGS, bem como densidade em kg/m³, sem a qual não se passa da viscosidade cinemática à dinâmica.
07 · Secção histórica
Três funis de três países
Carl Engler ocupava-se da refinação do petróleo e precisava de um número com que comparar os lotes chegados de Baku e da Pensilvânia. O aparelho montou-o com o que havia no laboratório, e por medida tomou a água, pois estava à mão de qualquer colega e não exigia tabela nenhuma.
O perito britânico Boverton Redwood e o engenheiro americano George Saybolt fizeram cada um o seu funil, e nenhum deles dividiu o tempo pelo da água: davam o resultado diretamente em segundos. A ideia dos três aparelhos era a mesma, os calibres dos bocais diferentes, e nos litígios entre fornecedor e comprador aquilo dava três números diferentes para um mesmo vagão-cisterna.
Quando o comércio se tornou internacional, a incomparabilidade das escalas ficou mais cara do que a sua comodidade, e as normas passaram à viscosidade cinemática medida com capilar. A DIN 51560 alemã foi retirada, a ASTM guardou os segundos Saybolt apenas como conversão de referência, e a viscosidade convencional segundo GOST 6258 manteve-se na prática nacional ainda décadas.
A viscosidade mede-se hoje com capilar ou com rotor, mas as bombas, os redutores e as instalações de fuelóleo montadas antes da passagem continuam a funcionar segundo as suas próprias chapas. Um afinador que lê «não mais espesso do que 8 °E a 50 °C» converte isso em sessenta milímetros quadrados por segundo e escolhe depois o óleo já pela classe ISO VG — a unidade vive, pois, não no laboratório mas nos papéis.
Um aparelho que é o seu próprio padrão
O grau Engler não tem nem pode ter padrão no sentido corrente, uma vez que a definição não remete para uma constante da natureza mas para uma montagem: um recipiente deste volume, um bocal deste calibre, uma carga de duzentos mililitros. O que se certifica, portanto, não é a unidade mas o aparelho, e certifica-se com água — o único líquido cujo tempo de escoamento se tem por conhecido. Daí todo o lado ritual da medição: um valor em água recente antes da série, três leituras concordantes, a temperatura do banho anotada.
A fraqueza de semelhante montagem revelou-se justamente onde a sua comodidade era maior. Enquanto uma fábrica comparava os seus próprios lotes no seu próprio funil, os números concordavam às mil maravilhas; mas assim que foi preciso comparar lotes de dois países, verificou-se que não tinham grandeza comum — apenas três autos, entre os quais nada melhor do que uma conversão aproximada é possível. O viscosímetro capilar resolveu o problema devolvendo à medição a sua dimensão: dá milímetros quadrados por segundo, e a constante do capilar verifica-se contra líquidos de referência, não contra o seu próprio passado.
Catálogo · unidades de medida
Uma ficha para cada grandeza
Sete unidades de base do SI, vinte e duas derivadas com nome próprio e grandezas fora do sistema sem as quais nem a técnica nem o calendário funcionariam.