Grad Engler
Unitate din afara SI pentru vâscozitatea convențională · mărime: rezistența unui lichid la curgere
Plăcuța unei pompe vechi cu roți dințate cere nu rareori un ulei «nu mai gros de 8 °E la 50 °C», iar cine este obișnuit cu centistokesul citește rândul acela cu nedumerire, fiindcă în spatele numărului nu stă niciun înțeles fizic. Gradul Engler este un raport de două timpuri: câte secunde se scurg două sute de mililitri de lichid dintr-un vas de alamă printr-o duză etalonată și câte secunde ia aceeași șarjă de apă din același vas. De aceea apa este egală cu unu prin definiție, iar un ulei care curge de opt ori mai încet primește opt grade.
Unitatea este alcătuită astfel încât aparatul își slujește sieși drept etalon, și asta explică dintr-o dată atât comoditatea, cât și nenorocul ei: pâlnia putea fi făcută în orice laborator de uzină, dar în Germania se făcea după Engler, în Marea Britanie după Redwood, în America după Saybolt, iar unul și același țiței primea trei numere incomparabile. La centistokes au trecut toate trei abia în a doua jumătate a secolului al XX-lea, în vreme ce plăcuțele de pe pompe, reductoare și gospodării de păcură au rămas scrise pe vechi, și trebuie convertite până azi.
01 · Definiție
Gradul Engler este raportul dintre timpul de scurgere a două sute de mililitri din lichidul încercat și timpul de scurgere al aceleiași șarje de apă distilată la douăzeci de grade Celsius, ambele măsurări făcându-se pe unul și același aparat. Timpul apei se numește valoare în apă; la un vâscozimetru bun el se încadrează în cincizeci și una de secunde cu o toleranță de o secundă.
O legătură cu vâscozitatea cinematică există, dar nu este liniară, iar pricina este cu totul fizică: lichidul părăsește duza nu numai prin frecare vâscoasă, ci și prin inerție, astfel încât o parte din presiune se duce în energia cinetică a jetului. Cât timp lichidul este gros, corecția de inerție poate fi neglijată, iar gradul se convertește în centistokes aproape proporțional, în vreme ce la lichidele fluide corecția ajunge comparabilă cu măsurarea însăși. Din acest motiv formula lui Ubbelohde nu se aplică sub 1,35 °E, iar pâlnia Engler nu se ia deloc pentru lichide mai fluide de cinci milimetri pătrați pe secundă.
Temperatura de măsurare se indică întotdeauna și intră în consemnare la fel de îndreptățit ca numărul, fiindcă vâscozitatea unui ulei scade la jumătate la fiecare douăzeci de grade de încălzire. Practica germană încerca la douăzeci, cincizeci și o sută de grade; cea sovietică, ce a moștenit același aparat sub numele de vâscozitate convențională, s-a ținut mai des de cincizeci și optzeci — și tocmai această din urmă temperatură a ajuns chiar în sorturile de păcură, unde numărul din M-40 sau M-100 vine de la vâscozitatea la optzeci de grade.
O mărime definită prin propriul aparat nu are etalon în înțelesul obișnuit al cuvântului: reproductibilă nu este vâscozitatea, ci perechea «vas plus duză», etalonată cu apă. De aici și cerința de a verifica valoarea în apă înaintea fiecărei serii, și interdicția de a converti grade străine când nu se știe pe ce aparat și la ce temperatură au fost obținute.
Încălziți proba cu cursorul, și jetul din duză va merge mai repede: cronometrul, și odată cu el gradul Engler, răspunde la temperatură mult mai brusc decât te-ai aștepta. Coloana din stânga arată cât timp iau două sute de mililitri, iar rândurile din dreapta cum una și aceeași stare este citită de patru scări diferite.
Linia continuă este dependența adevărată a centistokesului de grade, cea punctată simpla proporție cu factorul 7,31. La uleiurile groase, în dreapta verticalei, cele două linii aproape se suprapun; în stânga, unde lichidul curge ușor, proporția supraevaluează vâscozitatea, fiindcă jetul părăsește duza prin inerție. Semnul roșu arată domeniul de sub 1,35 °E în care măsurarea pur și simplu nu este socotită fiabilă.
02 · Conversie
Introduceți ce scrie pe plăcuță
Toate scările convenționale se reduc la o singură vâscozitate cinematică, astfel încât conversia între ele este mecanică; exactitatea ei însă nu este absolută: secundele Saybolt și Redwood sunt legate de centistokes prin formule tot atât de aproximative ca aceea pe care Ubbelohde a dedus-o pentru aparatul său.
Valoarea în apă a aparatului este trecută în reglajele fine ale fișei, fiindcă timpul de scurgere depinde direct de ea: o secundă diferență la etalonare dă aproximativ două procente în rezultat.
Un număr fără temperatură nu se poate converti, și nu e o chițibușărie: unul și același ulei dă vreo douăsprezece grade la cincizeci de grade Celsius și mai puțin de trei la o sută. Dacă pe plăcuța pompei temperatura nu este trecută, se citesc implicit cincizeci de grade pentru uleiurile industriale și optzeci pentru păcură — mai bine este însă să se găsească ediția standardului după care a fost întocmită plăcuța.
| Valoare | Notă | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Ordine de mărime
scară logaritmică: de la apă la bitum04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară vâscozitatea
Un vas de alamă în baie de apă sau de ulei, dedesubt o duză conică și un dop de lemn care se scoate în aceeași clipă în care se pornește cronometrul. Două sute de mililitri se strâng într-un balon cotat, iar aparatul însuși se etalonează cu apă înaintea fiecărei serii, fiindcă atât duza cât și volumul se abat cu timpul de la valorile atestate.
Ruda americană a aceleiași pâlnii: o duză de alt calibru, o șarjă de șaizeci de mililitri, iar rezultatul se numește pur și simplu secunde. Numărul iese de vreo treizeci de ori mai mare decât cel al lui Engler, iar în rapoartele petroliere în engleză se întâlnește până azi, deși ASTM a dat de mult întâietate centistokesului.
Un tub de sticlă cu două repere între care trece meniscul: timpul de cădere se înmulțește cu constanta capilarului și dă direct centistokes, fără nicio scară convențională. Metoda este descrisă în ISO 3104 și ASTM D445, și tocmai ea a alungat pâlniile, fiindcă cere un degetar de probă și nu depinde de mâna care ține cronometrul.
Un ax se rotește în probă și se măsoară momentul pe arbore, astfel încât durata încercării nu depinde de grosime și este aceeași pentru ulei ca și pentru bitum. Rotorul poate ce nu poate pâlnia: impune viteza de forfecare, și numai pe el se vede că un lubrifiant cu aditivi se subțiază la forfecare rapidă.
05 · Reguli de scriere
Un grad fără temperatură nu înseamnă nimic
Semnul de grad se lipește de majuscula latină, valoarea se desparte printr-un spațiu, iar temperatura de măsurare se indică întotdeauna, fiindcă fără ea numărul nu poate fi nici verificat, nici convertit. Simbolul sovietic al vâscozității convenționale se scrie cu chirilice și tot cu temperatură; a pune însă semnul egal între grade și centistokes este inadmisibil chiar și într-o ciornă: legătura este aproximativă și cu sens unic.
A doua scriere confundă mărimea cu aparatul, fiindcă grade de vâscozitate nu există — există un raport de timpuri, luat pe o anumită pâlnie. A treia pune semnul egal acolo unde îi este locul unei aproximații, și dă deci într-un raport o exactitate falsă. A patra este pur și simplu imposibilă: sub 1,35 °E metoda nu funcționează, iar un număr obținut pentru un lichid atât de fluid nu reflectă vâscozitatea, ci inerția jetului.
06 · Unități vecine
Rudele cele mai apropiate sunt celelalte scări convenționale, alcătuite exact la fel: timpul de scurgere al unei șarje printr-o duză etalonată, numai că duza este în fiecare țară a ei. Toate converg către vâscozitatea cinematică, iar aceasta este legată prin densitate de cea dinamică — și abia această pereche are o dimensiune adevărată și un etalon adevărat.
apa este egală cu unu
rezultatul direct în secunde
secundă Redwood nr. 1
Dintre fișele Simetrium alături stau clase de vâscozitate a uleiurilor ISO VG și SAE, cărora această fișă le este pereche, poise și stokes din sistemul CGS, precum și densitate în kg/m³, fără de care nu se trece de la vâscozitatea cinematică la cea dinamică.
07 · Secțiune istorică
Trei pâlnii din trei țări
Carl Engler se ocupa de prelucrarea țițeiului și avea nevoie de un număr cu care să poată compara loturile sosite de la Baku și din Pennsylvania. Aparatul l-a alcătuit din ce era în laborator, iar ca măsură a luat apa, fiindcă îi era la îndemână oricărui coleg și nu cerea niciun tabel.
Expertul britanic Boverton Redwood și inginerul american George Saybolt și-au făcut fiecare pâlnia lui, și niciunul nu a împărțit timpul la cel al apei: dădeau rezultatul direct în secunde. Ideea celor trei aparate era aceeași, calibrele duzelor diferite, iar în litigiile dintre furnizor și cumpărător ieșeau trei numere diferite pentru unul și același vagon-cisternă.
Când comerțul a devenit internațional, incomparabilitatea scărilor a costat mai mult decât comoditatea lor, iar standardele au trecut la vâscozitatea cinematică măsurată cu capilarul. DIN 51560 germană a fost retrasă, ASTM a păstrat secundele Saybolt doar ca o conversie orientativă, iar vâscozitatea convențională după GOST 6258 s-a ținut în practica autohtonă încă zeci de ani.
Vâscozitatea se măsoară azi cu capilarul sau cu rotorul, dar pompele, reductoarele și gospodăriile de păcură montate înainte de trecere lucrează mai departe după plăcuțele lor. Un reglor care citește «nu mai gros de 8 °E la 50 °C» convertește asta în șaizeci de milimetri pătrați pe secundă și alege apoi uleiul deja după clasa ISO VG — unitatea trăiește, așadar, nu în laborator, ci în acte.
Un aparat care își este propriul etalon
Gradul Engler nu are și nu poate avea etalon în înțelesul obișnuit, fiindcă definiția nu trimite la o constantă a naturii, ci la o alcătuire: un vas de acest volum, o duză de acest calibru, o șarjă de două sute de mililitri. Ceea ce se atestă nu este, așadar, unitatea, ci aparatul, și se face cu apă — singurul lichid al cărui timp de scurgere este socotit cunoscut. De aici toată latura rituală a măsurării: o valoare în apă proaspătă înaintea seriei, trei citiri concordante, temperatura băii notată.
Slăbiciunea unei asemenea alcătuiri s-a arătat tocmai acolo unde comoditatea ei era cea mai mare. Atâta vreme cât o uzină își compara propriile loturi pe propria pâlnie, numerele se potriveau de minune; dar de îndată ce a fost nevoie să se compare loturi din două țări, s-a văzut că ele nu au o mărime comună — sunt doar trei procese-verbale, între care nimic mai bun decât o conversie aproximativă nu este cu putință. Vâscozimetrul capilar a rezolvat problema redând măsurării dimensiunea: dă milimetri pătrați pe secundă, iar constanta capilarului se verifică pe lichide de referință, nu pe propriul trecut.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și mărimi din afara sistemului, fără de care n-ar funcționa nici tehnica, nici calendarul.