Плотностью называют массу вещества, находящуюся в единице объема. Единица плотности — килограмм на кубический метр (кг/м3). Плотность топлива (масла) зависит от группового химического состава. Наименьшей плотностью обладают парафиновые углеводороды, наибольшей — нафтеновые и ароматические углеводороды.
На значение плотности влияет фракционный состав нефтепродукта. Чем выше температурные пределы выкипания фракций топлива (масла), тем больше их плотность. На практике имеют дело с безразмерной величиной — относительной плотностью, представляющей собой отношение плотности топлива (масла) при данной температуре к плотности воды при температуре 4 °С, взятой в том же объеме. Плотность воды при 4 °С равна 1 000 кг/м3. Относительную плотность принято определять при 20 °С.
Отдельные виды нефтепродуктов имеют следующие примерные интервалы значений плотностей, кг/м3:
Бензин: авиационный........................................................................... 700…725
автомобильный....................................................................... 735…750
Дизельное топливо....................................................................... 800…850
Масло моторное:
для бензиновых двигателей.................................................. 910…930
авиационное............................................................................ 880…905
для дизелей.............................................................................. 890…920
Плотность зависит от температуры. С повышением температуры плотность нефтепродукта уменьшается. Зная плотность.t при температуре t, можно определить плотность при 20 °С, средняя температурная поправка, показывающая изменение плотности при изменении температуры на 1 °С (табл. 1.1).
Плотность масла определяют пикнометром. Пикнометрический метод основан на определении относительной плотности — отношения массы испытываемого нефтепродукта к массе воды, взятой в том же объеме и при той же температуре. Плотность нефтепродуктов по этому методу определяют с точностью до четвертого знака после запятой, используя для взвешивания аналитические весы с погрешностью не более 0,0002 г. Методика определения плотности нефтепродуктов пикнометрическим методом изложена в ГОСТ 3900—85.
Плотность топлива определяют с помощью нефтеденсиметра (ареометра) и гидростатическими весами.
Нефтеденсиметр (ареометр) 1 представляет собой полый стеклянный поплавок с балластом (и термометром) внизу и тонкой стеклянной трубкой сверху, в которой помещена шкала плотности 2 (рис. 1.1). В стеклянный цилиндр 5 вместимостью 250 мл осторожно наливают нефтепродукт. Чистый и сухой ареометр, держа за верхний конец, осторожно и медленно погружают в нефтепродукт так, чтобы он не касался стенок цилиндра.
После прекращения колебаний ареометра производят замер показаний плотности по верхнему краю мениска 3. При отсчете глаз должен находиться на уровне мениска. Одновременно определяют температуру жидкости (по шкале термометра 4 или дополнительным термометром). Если температура нефтепродукта отличается от 20 °С, то по формуле (1.1) определяют плотность при температуре 20 °С.
При определении плотности высоковязких нефтепродуктов (кинематической вязкости при 50 °С, .50 . 200 мм2/с) их смешивают с равным объемом керосина (или топливом Т-1, ТС-1), плотность которого известна, и определяют, как указывалось ранее, плотность смеси.
Любая техническая жидкость (моторное масло – не исключение) имеет химические и физические свойства. Эти характеристики закладываются производителем, и влияют на качество работы расходного материала.
Например, от плотности моторного масла зависят гидравлические параметры: насколько эффективно будет нагнетаться давление, а соответственно поступление смазки к рабочим точкам по маслопроводам.
Измерение плотности жидкостей в лаборатории
Кроме того, от этой величины зависит теплообмен. Как известно, с помощью моторной смазки отводится тепло от деталей трения, поскольку система охлаждения двигателя не задействована в этом процессе.
Производитель делает масла определенной плотности для обеспечения заданных значений кинематической вязкости. Собственно, это значение получают из величин динамической вязкости и плотности жидкости.
Что такое плотность масла?
Для покупателя привычно видеть на упаковке такие параметры, как вязкость по SAE, классификации качества по API или ACEA. Удельная плотность моторного не относится к основным характеристикам, ее значение можно узнать из расширенной классификации или по результатам тестов.
С точки зрения физики, эта величина определяется отношением массы вещества к его объему. То есть, чем больше единиц массы умещается в определенный объем – тем выше значение.
Чтобы понять, как работает система измерения, обратимся к эталону:
Величину 1 кг/л имеет дистиллированная вода при температуре 4°C.
Поскольку в смазочных материалах содержатся различные вещества, многие из которых легче воды – плотность масла ниже.
Обратите внимание
Разговорная форма «легче» имеет прямое отношение к плотности материала. Употребляя это слово, мы как раз имеем в виду, что при одном и том же объеме, вещества имеют разный вес.
Плотность отработанного моторного масла будет отличаться от свежего, скорее всего в сторону увеличения. Это связано с тем, что часть легких жидкостей улетучивается, а тяжелые примеси добавляются. Это шлаки, взвесь твердых частиц, сажа, и пр.
Таким образом, понятно, что базовое значение зависит от основы масла, и состава его присадок.
Для сведения
Мошенники часто производят очистку отработанных масел, для повторной продажи в упаковках известных брендов. При этом, даже после тщательного удаления всех примесей, которыми «богата» отработка, такие характеристики, как плотность, не восстанавливаются.
Зная правильное значение этого параметра, вы легко сможете проверить приобретаемый продукт «на подлинность».
Есть еще одна зависимость величины: от температуры
Казалось бы, в чем тут связь? Но ведь эталонное значение (см. выше: плотность дистиллированной воды) получают при определенной температуре: 4°C. Для тестирования нефтепродукта, за эталонную температуру принимается 20°C.
Это легко объяснимо с точки зрения физики:
Зависимость от внешних градусов следующая: от минуса до эталонного значения – цифры растут. Затем, по мере увеличения температуры, значение плотности снижается. Мы знаем, что вязкость зависит от плотности напрямую. При этом по мере снижения температуры масло густеет.
Это не связано с плотностью: зависимость этих величин требуется только для измерения (возвращаемся к эталонной температуре).
Снижение вязкости при понижении температуры
Разумеется, при измерении параметров невозможно обеспечить идеальные условия. Эталонные замеры производятся только в лабораториях. Поэтому для поправки на изменение внешней температуры, разработана таблица плотности масел.
| Плотноть (кг/м3) | Плотноть (кг/м3) | Температурная поправка (кг/м3*С) | |
|---|---|---|---|
| 690,0 ...699,9 | 0,91 | 850,0... 859,9 | 0,699 |
| 700,0...709,9 | 0,897 | 860,0...869,9 | 0,686 |
| 710,0... 719,9 | 0,884 | 870,0... 879,9 | 0,673 |
| 720,0 ...729,9 | 0,87 | 880,0... 889,9 | 0,66 |
| 730,0 ...739,9 | 0,857 | 890,0... 899,9 | 0,647 |
| 740,0 ...749,9 | 0,844 | 900,0...909,9 | 0,633 |
| 750,0 ...759,9 | 0,831 | 910,0...919,9 | 0,62 |
| 760,0...769,9 | 0,818 | 920,0...929,9 | 0,607 |
| 770,0...779,9 | 0,805 | 930,0...939,9 | 0,594 |
| 780,0 ...789,9 | 0,792 | 940,0...949,9 | 0,581 |
| 790,0 ...799,9 | 0,778 | 950,0...959,9 | 0,567 |
| 800,0...809,9 | 0,765 | 960,0...969,9 | 0,554 |
| 810,0...819,9 | 0,752 | 970,0...979,9 | 0,541 |
| 820,0...829,9 | 0,738 | 980,0...989,9 | 0,528 |
| 830,0 ...839,9 | 0,725 | 990,0...999,9 | 0,515 |
| 830,0...839,9 | 0,712 |
Зависимость нелинейная, если построить график – получится парабола. Поэтому поправка на 1°C рассчитывается в каждом диапазоне. Чем плотнее жидкость, тем меньше зависимость от внешних условий.
Это хорошо заметно на примере простой воды. При идеальных показателях 1 кг/литр, плотность изменится лишь тогда, когда жидкость будет на грани закипания или замерзания.
Как и в чем измеряется плотность масла?
Согласно формуле (отношение массы к объему), величина фиксируется в килограммах на кубометр (кг/м³).
Для справки: плотность моторных масел лежит в пределах 750 — 995 кг/м³ (при 20°C).
Для измерения нам необходимо знать паспортные характеристики проверяемого продукта. На этикетках это значение не указано, поэтому необходимо получить эту информацию дополнительно.
Рассмотрим пример вычислений значения:
Сравнив эти данные с информацией в паспорте продукта, вы легко сможете определить, насколько покупаемый расходник соответствует заявленным характеристикам.
Отличается ли плотность синтетики и минерального масла?
Разумеется, есть связь между базовой основой и плотностью продукта. Тип и количество присадок играют второстепенную роль. У минеральных масел это значение выше. Естественный продукт несколько тяжелее. Обычно производитель устанавливает диапазон 875 – 856 кг/м³.
Лабораторный эксперимент показывающий плотность масла — виде
Кстати, малый вес синтезированных смазочных материалов позиционируется в качестве конкурентного преимущества. На самом деле важно не то, какая плотность установлена производителем.
Для двигателя главное – сохранение этого значения при смене рабочих температур. Мы знаем, что от величины плотности зависит одна их главных характеристик: по SAE.
Вывод:
Сила не в абсолютных значениях, а в стабильности этого параметра.
Как и любое другое химическое вещество, моторное масло обладает определенной плотностью. Для большинства современных масел показатель плотности составляет 0,7–0,93 кг на один литр. Однако существуют варианты моторного масла с большей или меньшей плотностью, а отработанное моторное масло всегда характеризуется избыточной плотностью из-за наличия в своем составе дополнительных веществ.
1 Свойства моторного масла и варианты классификации
На сегодняшний день не существует определенной классификации моторных масел по физической плотности, однако их принято разделять по степени вязкости (SAE). Именно к этому показателю производители современных смазочных материалов привязывают и плотность, несмотря на то, что с физической точки зрения эти два показателя напрямую не связаны. Но перед тем как обозначить различия между маслами по вязкости и понять, для чего необходимо знать плотность отработанного и нормального масла, необходимо разобраться, что собой представляет моторное масло и от чего зависят его конечные показатели.
Классификации моторных масел по степени вязкости SAE Моторное масло, помимо снижения коэффициента трения и антифрикционных свойств, выполняет целый ряд дополнительных функций, за которые отвечают специальные вещества, именуемые присадками, которые добавляются в нефтяную основу вещества. Присадки необходимы в первую очередь для того, чтобы максимально оптимизировать характеристики смазочной жидкости, расширить температурный диапазон, улучшить защитные свойства, уменьшить трение в системе двигателя и т. д.
Присадка для уменьшения трения в системе двигателя
В процессе работы ДВС и под воздействием высоких температур поршневая группа очень сильно нагревается, поэтому качественное моторное масло должно иметь показатели вязкости, при которых оно обеспечит надежную смазку узлов и создание масляного уплотнителя между стенками цилиндра и поршня. С помощью присадок производитель делает масла определенной плотности и вязкости, которые предназначены для бензиновых или дизельных двигателей, либо универсальные продукты, которые могут использоваться на любых типах моторов. Доля присадок в моторном масле составляет от 5 до 30 процентов, что также влияет на конечную плотность продукта.
2 Вязкость – основное свойство смазочного материала
Что в конечном итоге представляет собой вязкость моторного масла? Данный показатель позволяет определить степень текучести смеси, который изменяется прямо пропорционально изменениям температуры окружающей среды. По вязкости современные масла делятся на «зимние» и «летние». В первом случае масло имеет приставку «W», например, 5W или 10W и имеет более густой состав. Как правило, производители, включая Лукойл, Mobil, Elf, Liqui-Moly и др. дают гарантию на использование своей продукции только согласно рекомендациям. Так, масло 5W может быть использовано при температурах не ниже –30 градусов, тогда как 20 W выдерживает температуру до –9 градусов. Данные виды масел нельзя использовать в летнее время, для этого классификация предусматривает «летние» варианты более низкой вязкости, которые обозначаются просто цифрами. Кроме того, от вязкости моторного масла зависят и такие показатели, как:
- скорость поступления жидкости к поверхностям при трении,
- образование защитной маслянистой пленки на узлах двигателя,
- скорость «прокручивания» двигателя при холодном пуске,
- степень работы насоса, стойкость к протечкам через негерметичные соединения и т. д.
Более густое зимнее масло 5W Во время эксплуатации моторного масла его свойства, и в частности вязкость, могут как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от конкретных реакций, которые происходят во время работы мотора. При попадании в масло «посторонних» веществ, например, антифриза или частиц топлива, его вязкость резко увеличивается, что ухудшает смазочные свойства и характеристики. Поэтому в случае обнаружения увеличения или уменьшения вязкости более, чем на 20 процентов при средней температуре в сторону, противоположную первоначальному значению, необходимо в срочном порядке проводить замену масла в двигателе и диагностику системы на выявление неисправностей.
Диагностика системы на выявление неисправностей Как правило, показатели вязкости, плотность и другие характеристики смазочного материала определяются с помощью специального прибора, который называется маслотестер. Данный прибор позволяет определить изменение вязкости и сделать выводы об износе или выходе из строя некоторых узлов двигателя авто. Именно плотность может служить своего рода индикатором негерметичности различных соединений двигателя или износа цилиндро-поршневой группы.
3 Плотность отработанных масел
Как и вязкость, плотность смазочного материала также зависит от изменения температурных показателей окружающей среды, однако влияние температуры на плотность нельзя назвать столь явным. Плотность зависит от попадания в вещество частиц хладагента или отработанного топлива на молекулярном уровне. В среднем плотность современных масел составляет 830–930 кг/м3 в зависимости от их состава (минеральное, синтетическое или полусинтетическое) и температуры. Зная плотность бензина и дизельного топлива, воды и антифриза, можно определить степень изменения с помощью ареометра или маслотестера.
Современные двигатели очень требовательны к качеству смазочных материалов и технических жидкостей. Именно из-за этого большинство современных производителей автомобилей просто снимают машины с гарантии при использовании моторного масла, которое не было рекомендовано для определенной модели авто. Наиболее важным параметром данного материала для автомобиля является плотность моторного масла. От этого зависят и его физические свойства.
Чтобы не перепутать плотность масла для вашего агрегата, лучше всегда пользоваться рекомендованными марками смазочных материалов. В таком случае у вас точно не возникнет никаких проблем с приобретением качественных сменных материалов при обслуживании автомобиля. Отдавайте предпочтение тем маслам, которые советует изготовитель машины.
Основные факторы влияния плотности моторного масла
Под плотностью понимается густота и вязкость технической жидкости в картере двигателя вашего автомобиля. Чем выше плотность, тем хуже масло проходит во все тонкие зазоры двигателя и больше усложняет вращение коленчатого вала. Можете вспомнить, как в зимнее морозное утро тяжело стартер крутит двигатель - это происходит именно из-за слишком высокой вязкости масла на морозе.
Как видите, если вязкость слишком высокая, двигатель не получает должной смазки, а также усложняется его вращение, что приводит к увеличенному расходу топлива и прочим неприятным особенностям. Но и слишком жидкое масло в картере двигателя ни к чему хорошем не приведет. Самые главные негативные моменты чрезмерно малой вязкости масла следующие:
- отсутствие нормальной смазки деталей силового агрегата, слишком быстрое стекание масла в картер;
- плохая работа масла на силовых агрегатах с большим зазором между стенками цилиндров и поршнем;
- чрезмерное выгорание смазочной жидкости на стенках и создание загрязнения двигателя отработкой;
- быстрое забивание масляного фильтра из-за чрезмерно активной циркуляции смазки в системе;
- повышенный износ силового агрегата, причиной которому является плохая смазка деталей механизма.
Это неприятные последствия заливки в двигатель неподходящего смазочного материала, потому необходимо следить за соответствием плотности масла в вашем автомобиле. Если же смазка слишком плотная и вязкая, она также вызывает повышенный нагар и постоянный расход технической жидкости из-за чрезмерного налипания на стенки цилиндров и прочие механизмы двигателя.
Несоответствующая плотность масла оказывается настоящей проблемой для автомобиля, потому необходимо обязательно следить за этой особенностью технических жидкостей, которые вы заливаете в авто при обслуживании. Покупая масло, старайтесь отдавать предпочтение маркированным и проверенным вариантам в фирменных баллонах. Так вы сможете купить качественную смазку для долговечной работы двигателя.
Синтетическое и полусинтетическое масло - параметры плотности
Фактически никаких отличий в синтетике и полусинтетике по параметрам плотности нет. Единственное, что отличает эти масла, - это способность менять состояние. Полусинтетическое масло больше подвержено температурном влиянию, потому часто в морозы становится слишком вязким и не позволяет без проблем завести двигатель. Смазка фактически блокирует поршневую систему в сильные морозы.
Тем не менее, синтетика также не всегда остается в нужной плотности. Пусть синтетические масла и лучше выносят температурные колебания, но необходимо обращать внимание не только на этот фактор. Современная синтетика также может оказаться не слишком качественным вариантом для вашего автомобиля по ряду важных причин:
- наличие массы присадок, которые делают синтетическое масло действительно вредным для автомобиля;
- плохая реакция на слишком высокие температуры или чрезмерно длительную непрерывную эксплуатацию;
- некачественная защита двигателя при высоких температурах работы силового агрегата, при выходе из строя системы охлаждения;
- наличие огромного количества подделок популярных масел уважаемых в автомобильном мире компаний;
- достаточно высокая стоимость полностью синтетических масел в фирменной упаковке и не слишком высокий срок использования.
Синтетические масла обладают сроком годности в один год. Если даже вы ни проедете всего 1000 километров, придется менять масло, ведь его полезные свойства к тому времени полностью закончатся. Тем не менее, именно такие масла производители современных автомобилей рекомендуют использовать для любых авто. Причиной таких рекомендаций является высокий уровень защиты двигателя при правильном подборе типа масла.
Действительно, синтетические масла демонстрируют отличную защиту силового агрегата и позволяют максимально просто оградить двигатель от влияния самых разных неприятных ситуаций. С помощью технологий производства синтетического масла для современных двигателей изготовителям удалось достичь максимальных результатов защиты двигателя.
Какое масло лучше покупать из расчетов плотности?
Рекомендации в данном плане остаются неизменными - необходимо отдавать предпочтение тому маслу, которое рекомендовал производитель. Конечно, также стоит обращаться внимание на сезонность и прочие факторы. Плотность масла обозначается первой цифрой в маркировке. Например, среди масел 5W40 и 10W40 второе будет более вязким. Покупать масла нужно, исходя из следующих критериев:
- максимальная сопоставимость с автомобилем или полное соответствие характеристик смазки требованиям производителя;
- фирменная упаковка в пластиковой или металлической канистре - отказ от покупки жидкостей на разлив из бочек;
- наличие доказательств заводского происхождения масла, отсутствие свидетельств подделки на канистре;
- свежесть автомобильного масла синтетического или полусинтетического, достаточно длительный срок годности.
Вот такие критерии необходимо ставить в первую очередь при покупке смазочных материалов. Соответствие вязкости параметрам автомобиля - важный критерий. Но если вы купите масло, которое произведено в подвале соседнего дома, указанные на канистре характеристики плотности будут фикцией, а масло уже через пару сотен километров превратиться в черную водичку без какого-либо положительного эффекта на детали двигателя. Смотрите советы по выбору автомобильного масла на следующем видео:
Подводим итоги
Если вы решили сменить привычную марку масла на другую, обязательно учтите особенности эксплуатации вашего силового агрегата и получите больше шансов сохранить его работоспособность на долгие тысячи километров и годы. С помощью качественного дорогого и оригинального масла вы сможете сэкономить на ремонтах и отсутствии износа двигателя.
Такие особенности позволяют легко получить необходимый уровень безопасности эксплуатации транспортного средства, а также обеспечить длительную и качественную работу всей поршневой системы. С помощью современных технологий в области смазочных материалов можно заставить силовой агрегат работать намного дольше. Какие масла используете вы для своего автомобиля?
Формула расчета плотности или удельного веса известна еще со школьной программы по физике. Определение плотности можно представить в виде массы какого-либо вещества, находящейся в единице объема. Поэтому измеряется плотность в килограммах на кубический метр (кг/м3). По этой формуле можно рассчитать плотность любого вещества: твердого, жидкого, газообразного. Нас же интересует плотность машинного масла, которая так же представлена во всех таблицах с измерением кг на кубометр.
Плотность, как в моторном, так и в трансмиссионном машинном масле такой же важный параметр, как и вязкость. Чем плотнее структура масла, тем лучше оно образует защитную пленку на деталях. Чем выше его текучесть, тем пленка будет тоньше, но быстрее закроются все микротрещинки в механизмах силовых агрегатов и трансмиссии.
Идеальная формула текучести и плотности нефтепродуктов достигается исключительно с помощью присадок, так как в итоге надо чтобы масло быстро пролилось во все уголки двигателя и коробки передач, а затем надежно покрыло механизмы, защищая их от трения и износа (все те же противозадирные присадки).
Плотность масла не одинакова, она зависит напрямую от класса смазочных продуктов: минеральное, полусинтетическое, синтетическое и т.п. Помимо этого, на плотность влияют процессы получения продукта, новые технологии способны создать уникальную текучесть синтетических моторных и трансмиссионных масел в купе с надежным защитным покрытием. Минеральные и полусинтетические масла имеют более высокую плотность, так как относятся к природным или частично природным продуктам нефтепереработки. Соответственно качество нефти и ее состав напрямую влияет на конечный продукт, такой как машинное масло.
Не последнюю роль в плотности машинных масел так же играет степень очистки их базового продукта и присадочные пакеты, добавляемые при производстве смазочных материалов. Стандартная плотность машинного масла равна 910 кг/м3, что можно увидеть в любой таблице измерения плотностей большинства веществ.
Для машинных масел можно вывести формулу, чем чище масло, тем меньше оно содержит фракций, соответственно его плотность будет ниже и выкипать они будут при более низких температурах с небольшим временным интервалом. И наоборот, чем больше содержит машинное масло фракций, которые имеют высокую плотность, тем выше будут температуры закипания.
Зачем это нужно знать, — затем что бы прочитать на канистре при какой температуре машинное масло может дать вспышку, а так же какое из масел необходимо применить, что бы надежно защищало автомобиль при высоких температурах под нагрузкой.
Как измерить плотность масла?
Для измерения всех масел используют приборы, называемые ареометрами. Они представляют собой стеклянную запаянную трубку со шкалой делений, которая погружается в исследуемую жидкость.
В чем то ареометры похожи на спиртометры и термометры для воды, принцип измерения примерно тот же. В промышленности ареометры используют редко, возможно потому, что они сделаны из стекла и часто бьются, а возможно и потому что уже давно изобрели электронные плотномеры, которые точнее и быстрее предоставляют необходимые данные и достаточно безопасны в использовании.
В любом случае, чем бы не измерялась плотность машинного масла, она будет относительная. Измерение проводится при температуре 20 градусов по Цельсию. Температурный режим измерения других нефтепродуктов отличается от машинного масла, с эталонами можно ознакомится в таблице эталонных измерений. К примеру, масло для авиационной техники имеет плотность от 880 до 905 кг/м3, для дизельных двигателей от 890 до 920 кг/м3, а для моторов на бензине порог изменяется в рамках 910 — 930.
Важные особенности
Всем уже известно, что вязкость машинного масла — это основной параметр, определяющий его использование. Не смотря на то, что плотность не менее важна, классификации ее как таковой нет, в отличии обиходного SAE. Тем не менее практика и многочисленные тесты позволили увязать значение по SAE и плотность.
Пример! Определяем по марке машинного масла плотность и вязкость. Зимнее моторное масло 10W имеет плотность 857 кг/м3 или 0,857 кг/л при вязкости равной 32 сантистокса. Измерения проводились опытным путем при температуре в 40 градусов по Цельсию и занесены в табличные данные основных характеристик машинных масел. Естественно это не эталон и за счет присадок такое масло может иметь более жидкое состояние с меньшей плотностью. Смотрим далее, зимнее моторное масло 20W имеет уже совершенно другие показатели, вязкость его равна 68 сантистоксов, а плотность 865 кг/м3. Закономерность прослеживается, шаг вязкости увеличил плотность продукта. Летние машинные масла имеют еще большую плотность, чем зимние. Интервал таких марок, как 20 — 50, в соответствии даст плотность масла 861 — 875, при интервале вязкости от 46 до 220 снт.
Любые проводимые опыты и таблицы эталонов — это условность. Покупая машинное масло обязательно нужно внимательно читать этикетку, так как присадки и добавки в базовое масло способны кардинально изменить его параметры, не смотря на то, что буквы и классификация по SAE могут быть одинаковыми.