Englerov stepen
Jedinica van SI za konvencionalnu viskoznost · veličina: otpor tečnosti tečenju
Pločica stare zupčaste pumpe neretko traži ulje «ne gušće od 8 °E na 50 °C», a ko je navikao na centistokse, čita taj red sa nedoumicom, jer iza broja ne stoji nikakav fizički smisao. Englerov stepen je odnos dva vremena: koliko sekundi dvesta mililitara tečnosti ističe iz mesingane posude kroz baždarenu mlaznicu i koliko sekundi uzima ista doza vode iz iste posude. Voda je zato po definiciji jednaka jedinici, a ulje koje teče osam puta sporije dobija osam stepeni.
Jedinica je sklopljena tako da uređaj sam sebi služi kao etalon, i to odjednom objašnjava i njenu udobnost i njenu nesreću: levak se mogao izraditi u svakoj fabričkoj laboratoriji, ali u Nemačkoj se pravio po Engleru, u Britaniji po Redvudu, u Americi po Sejboltu, i jedna ista nafta dobijala je tri neuporediva broja. Na centistokse su sva tri prešla tek u drugoj polovini dvadesetog veka, dok su pločice na pumpama, reduktorima i mazutnim postrojenjima ostale pisane po starom, i treba ih preračunavati do danas.
01 · Definicija
Englerov stepen je odnos vremena isticanja dvesta mililitara ispitivane tečnosti prema vremenu isticanja iste doze destilovane vode na dvadeset stepeni Celzijusa, pri čemu se oba merenja obavljaju na jednom istom uređaju. Vreme vode zove se vodena vrednost; kod ispravnog viskozimetra ono se drži u pedeset jednoj sekundi sa tolerancijom od jedne sekunde.
Veza sa kinematičkom viskoznošću postoji, ali nije linearna, a razlog je sasvim fizički: tečnost napušta mlaznicu ne samo viskoznim trenjem nego i inercijom, tako da deo pritiska odlazi u kinetičku energiju mlaza. Dok je tečnost gusta, inercijalna popravka se može zanemariti i stepen se u centistokse preračunava gotovo srazmerno, dok kod retkih tečnosti popravka postaje uporediva sa samim merenjem. Iz tog razloga se Ubelodeova formula ne primenjuje ispod 1,35 °E, a Englerov levak se za tečnosti ređe od pet kvadratnih milimetara u sekundi uopšte ne uzima.
Temperatura merenja navodi se uvek i ulazi u zapis ravnopravno sa brojem, jer viskoznost ulja opada na polovinu na svakih dvadeset stepeni zagrevanja. Nemačka praksa je ispitivala na dvadeset, pedeset i sto stepeni; sovjetska, koja je nasledila isti uređaj pod imenom konvencionalne viskoznosti, držala se češće pedeset i osamdeset — i upravo je ta poslednja temperatura dospela čak i u vrste mazuta, gde broj u M-40 ili M-100 potiče od viskoznosti na osamdeset stepeni.
Veličina zadata sopstvenim uređajem nema etalon u uobičajenom smislu reči: ponovljiva nije viskoznost, već par «posuda plus mlaznica», etaloniran vodom. Otuda i zahtev da se vodena vrednost proverava pre svake serije, i zabrana da se preračunavaju tuđi stepeni kada se ne zna na kom uređaju i na kojoj temperaturi su dobijeni.
Zagrejte uzorak klizačem, i mlaz iz mlaznice poteći će brže: štoperica, a s njom i Englerov stepen, na temperaturu odgovara mnogo oštrije nego što bi se očekivalo. Stubac levo pokazuje koliko vremena uzima dvesta mililitara, a redovi desno kako jedno isto stanje čitaju četiri različite skale.
Puna linija je stvarna zavisnost centistoksa od stepeni, isprekidana prosta srazmera sa činiocem 7,31. Kod gustih ulja, desno od vertikale, obe linije se gotovo poklapaju; levo, gde tečnost lako teče, srazmera precenjuje viskoznost, jer mlaz napušta mlaznicu inercijom. Crvena oznaka pokazuje područje ispod 1,35 °E u kome se merenje prosto ne smatra pouzdanim.
02 · Pretvaranje
Unesite ono što piše na pločici
Sve konvencionalne skale svode se na jednu kinematičku viskoznost, tako da je preračun među njima mehanički; tačnost mu, međutim, nije apsolutna: Saybolt i Redwood sekunde vezane su za centistokse formulama isto tako približnim kao ona koju je Ubelode izveo za svoj uređaj.
Vodena vrednost uređaja iznesena je u fina podešavanja lista, jer vreme isticanja od nje neposredno zavisi: jedna sekunda razlike u etaloniranju daje oko dva procenta u rezultatu.
Broj bez temperature ne može se preračunati, i to nije cepidlačenje: jedno isto ulje daje oko dvanaest stepeni na pedeset stepeni Celzijusa i manje od tri na sto. Ako na pločici pumpe temperatura nije upisana, podrazumevano se čita pedeset stepeni za industrijska ulja i osamdeset za mazut — bolje je, ipak, pronaći ono izdanje standarda po kome je pločica sastavljena.
| Vrednost | Napomena | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Redovi veličina
logaritamska skala: od vode do bitumena04 · Merni instrumenti
Čime se meri viskoznost
Mesingana posuda u vodenom ili uljanom kupatilu, dole konusna mlaznica i drveni čep koji se vadi u istom trenutku kad se pušta štoperica. Dvesta mililitara se skuplja u menzuru, a sam uređaj se pre serije etalonira vodom, jer i mlaznica i zapremina vremenom odstupaju od atestiranih vrednosti.
Američki rođak istog levka: mlaznica drugog kalibra, doza od šezdeset mililitara, a rezultat se zove prosto sekundama. Broj izlazi oko trideset puta veći od Englerovog, i u naftnim izveštajima na engleskom sreće se do danas, iako je ASTM odavno dao prednost centistoksima.
Staklena cev sa dve crte između kojih prolazi menisk: vreme pada se množi konstantom kapilare i daje centistokse neposredno, bez ikakvih konvencionalnih skala. Metoda je opisana u ISO 3104 i ASTM D445, i upravo je ona potisnula levkove, jer traži naprstak uzorka i ne zavisi od toga čija ruka drži štopericu.
Vreteno se okreće u uzorku i meri se moment na osovini, tako da trajanje ogleda ne zavisi od gustine i isto je za ulje kao i za bitumen. Rotor ume ono što levak ne ume: zadaje brzinu smicanja, i samo se na njemu vidi da mazivo sa aditivima pri brzom smicanju postaje ređe.
05 · Pravila pisanja
Stepen bez temperature ne znači ništa
Znak stepena stavlja se uz veliko latinično slovo, vrednost se odvaja razmakom, a temperatura merenja navodi se uvek, jer se bez nje broj ne može ni proveriti ni preračunati. Sovjetska oznaka konvencionalne viskoznosti piše se ćirilicom i takođe sa temperaturom; staviti pak znak jednakosti između stepeni i centistoksa nedopustivo je čak i u nacrtu: veza je približna i jednosmerna.
Drugi zapis meša veličinu sa uređajem, jer stepeni viskoznosti ne postoje — postoji odnos vremena, snimljen na određenom levku. Treći stavlja znak jednakosti tamo gde je mesto približenju, i zato u izveštaju daje lažnu tačnost. Četvrti je prosto nemoguć: ispod 1,35 °E metoda ne radi, a broj dobijen za tako retku tečnost ne odražava viskoznost nego inerciju mlaza.
06 · Susedne jedinice
Najbliža rodbina su ostale konvencionalne skale, građene tačno isto: vreme isticanja doze kroz baždarenu mlaznicu, samo što je mlaznica u svakoj zemlji svoja. Sve se stiču u kinematičkoj viskoznosti, a ona je preko gustine vezana za dinamičku — i tek taj par ima pravu dimenziju i pravi etalon.
voda je jednaka jedinici
rezultat neposredno u sekundama
Redwood br. 1 sekunda
Od listova Simetrijuma pored stoje klase viskoznosti ulja ISO VG i SAE, kojima je ovaj list par, poaz i stoks iz CGS sistema, kao i gustina u kg/m³, bez koje se ne prelazi sa kinematičke viskoznosti na dinamičku.
07 · Istorijski deo
Tri levka triju zemalja
Karl Engler se bavio preradom nafte i bio mu je potreban broj kojim bi se mogle porediti partije koje su stizale iz Bakua i Pensilvanije. Uređaj je sastavio od onoga što je stajalo u laboratoriji, a za meru je uzeo vodu, jer je bila pri ruci svakom kolegi i nije tražila nikakve tablice.
Britanski veštak Boverton Redvud i američki inženjer Džordž Sejbolt napravili su svaki svoj levak, i nijedan nije delio vreme vodom: rezultat su davali neposredno u sekundama. Zamisao triju uređaja bila je ista, kalibri mlaznica različiti, a u sporovima između isporučioca i kupca iz toga su izlazila tri različita broja za istu cisternu.
Kada je trgovina postala međunarodna, neuporedivost skala je koštala više od njihove udobnosti, i standardi su prešli na kinematičku viskoznost merenu kapilarom. Nemački DIN 51560 je povučen, ASTM je Saybolt sekunde zadržao samo kao pomoćni preračun, a konvencionalna viskoznost po GOST 6258 držala se u domaćoj praksi još decenijama.
Viskoznost se danas meri kapilarom ili rotorom, ali pumpe, reduktori i mazutna postrojenja postavljena pre prelaza rade dalje po svojim pločicama. Serviser koji pročita «ne gušće od 8 °E na 50 °C» to preračuna u šezdeset kvadratnih milimetara u sekundi i ulje bira već po klasi ISO VG — jedinica, dakle, ne živi u laboratoriji nego u papirima.
Uređaj koji je sam sebi etalon
Englerov stepen nema i ne može imati etalon u uobičajenom smislu, jer definicija ne upućuje na prirodnu konstantu nego na sklop: posuda ove zapremine, mlaznica ovog kalibra, doza od dvesta mililitara. Atestira se, dakle, ne jedinica nego uređaj, i to se radi vodom — jedinom tečnošću čije se vreme isticanja smatra poznatim. Otuda i cela obredna strana merenja: sveža vodena vrednost pre serije, tri saglasna očitavanja, zapisana temperatura kupatila.
Slabost takvog sklopa pokazala se upravo tamo gde je njegova udobnost bila najveća. Dok je fabrika poredila sopstvene partije na sopstvenom levku, brojevi su se izvrsno slagali; ali čim je trebalo uporediti partije dveju zemalja, ispostavilo se da nemaju zajedničku veličinu — samo tri zapisnika, između kojih ništa bolje od približnog preračuna nije moguće. Kapilarni viskozimetar je zadatak rešio tako što je merenju vratio dimenziju: daje kvadratne milimetre u sekundi, a konstanta kapilare proverava se prema referentnim tečnostima, a ne prema sopstvenoj prošlosti.
Katalog · merne jedinice
List za svaku veličinu
Sedam osnovnih jedinica SI, dvadeset dve izvedene sa sopstvenim imenom i veličine van sistema, bez kojih ne bi radila ni tehnika ni kalendar.