Viskositas adalah ukuran resistensi suatu fluida terhadap aliran. Ini adalah salah satu sifat fluida yang paling penting dan memainkan peran penting dalam industri perminyakan.
Viskositas minyak mentah mempengaruhi kemampuan kita untuk memompanya keluar dari dalam tanah; viskositas dan volatilitas bahan bakar mempengaruhi kemudahan atomisasi di dalam injektor bahan bakar; dan kekentalan suatu pelumas mempengaruhi kemampuannya dalam melindungi mesin.
Ini adalah karakteristik pengukuran penting dalam makanan, cat, pelapis polimer, dan industri lain di mana aliran konveksi merupakan karakteristik produk atau penggunaan yang penting.
Perubahan kecil pada viskositas dapat berdampak besar pada sifat-sifat cairan minyak bumi. Pentingnya pengukuran viskositas kinematik menyebabkan industri perminyakan mengembangkan metode yang akurat, pertama kali diterbitkan pada tahun 1937, ASTM D445, Metode Uji Viskositas Kinematik Cairan Transparan dan Buram.
Istilah "kinematika" berarti bahwa pengukuran dilakukan ketika fluida mengalir di bawah pengaruh gravitasi. Hal ini ditentukan dengan mengukur waktu yang diperlukan volume cairan untuk mengalir secara gravitasi melalui viskometer kapiler kaca yang dikalibrasi.
Meski terdengar sederhana, mencapai ketelitian dan ketelitian tinggi yang dibutuhkan industri adalah tugas yang sangat sulit. Ada banyak faktor yang mempengaruhi keakuratan metode pengujian ini.
Dari sudut pandang ekonomi, kesalahan satu persen dalam viskositas produk yang mengakibatkan penyesuaian campuran dapat dengan mudah menambah satu sen per galon pada biaya produk. Bagi produsen pelumas besar, hal ini dapat mengakibatkan hilangnya pendapatan sebesar $1 juta atau lebih per tahun.
suhu
Seperti kata pepatah, "Faktor terpenting yang mempengaruhi nilai sebuah rumah adalah lokasi, lokasi, lokasi." Dalam hal pengukuran viskositas, "faktor terpenting yang mempengaruhi kualitas pengukuran viskositas adalah suhu, suhu, suhu."
Pengendalian suhu merupakan parameter terpenting untuk mendapatkan pengukuran viskositas kinematik yang akurat dan tepat. Hal ini terutama berlaku untuk produk minyak bumi karena laju perubahan viskositas per satuan suhu jauh lebih besar dibandingkan produk lainnya.
Oleh karena itu, perubahan suhu yang kecil dapat berdampak besar pada viskositas suatu fluida. Suhu rendaman yang paling umum diukur yaitu 40 derajat dan 100 derajat harus dikontrol dalam +/- 0.02 derajat . Ini adalah jendela yang sangat sempit dan kehati-hatian harus dilakukan untuk mencapai kendali ini.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi suhu:
termometer. Saat mengukur viskositas, termometer tertentu atau alat penginderaan suhu lainnya dengan akurasi tertentu dan memenuhi persyaratan metode pengujian harus digunakan.
Membaca termometer secara akurat hingga 00,01 derajat bisa jadi sulit, jadi sebaiknya gunakan kaca pembesar. Termometer harus dibenamkan ke dalam bak mandi hingga kedalaman yang benar. Harus dikalibrasi ke +/- 0.02 derajat setidaknya setiap tahun. Selain itu, titik beku termometer harus ditentukan setiap enam bulan dan faktor koreksi diterapkan.
Prosedur untuk mengkalibrasi termometer rumit dan dijelaskan dalam ASTM E77, Metode Pengujian untuk Inspeksi dan Verifikasi Termometer. Karena pengatur suhu merupakan parameter yang penting, disarankan untuk menggunakan dua termometer per bak mandi.
Suhu bak mandi seragam dan stabil. Keseragaman dan stabilitas suhu bak mandi adalah parameter penting lainnya. Seluruh panjang viskometer harus dijaga pada suhu yang tepat. Jenis sirkulator yang digunakan, umur fluida penangas, dan viskositas fluida penangas mempengaruhi keseragaman suhu.
Viskositas cairan sirkulator dan cairan penangas harus seimbang untuk menghasilkan suhu yang seragam di seluruh penangas. Cairan penangas perlu diganti seluruhnya sebelum mulai berubah warna, karena perubahan warna biasanya menunjukkan bahwa cairan telah teroksidasi dan viskositasnya mungkin meningkat.
Bak mandi tidak boleh ditempatkan dekat dengan lubang ventilasi, seperti di dalam lemari asam, karena hal ini sering kali mengakibatkan gradien suhu yang berlebihan di dalam bak mandi. Jika viskometer kedua ditambahkan ke dalam wadah uji sementara viskometer lain yang berdekatan digunakan untuk pengukuran, stabilitas suhu akan terpengaruh secara negatif.
penerangan. Saat berada di dalam bak mandi, sampel di dalam tabung harus memiliki penerangan yang cukup untuk memastikan inspeksi visual meniskus yang konsisten di seluruh garis waktu. Penting untuk dicatat bahwa pencahayaan ini tidak mempengaruhi kontrol dan stabilitas suhu bak mandi.
Persyaratan suhu ini tidak boleh dianggap enteng, karena sedikit perubahan suhu dapat menyebabkan perubahan besar pada viskositas beberapa jenis produk minyak bumi.
viskometer
Semua viskometer memerlukan kaca borosilikat ekspansi rendah yang dianil sepenuhnya untuk konstruksi. Ada banyak faktor yang perlu dipertimbangkan ketika memilih ukuran viskometer yang diperlukan untuk analisis sampel. Pertama, viskometer harus dikalibrasi untuk menghitung viskositas.
Prosedur ini dijelaskan dalam ASTM D446, Spesifikasi dan Petunjuk Pengoperasian Viskometer Kinematik Kapiler Kaca. Standar viskositas digunakan untuk menentukan konstanta viskometer. Meskipun satu standar saja sudah cukup untuk mendapatkan suatu konstanta, penggunaan dua standar yang mencakup rentang kapiler akan menghasilkan konstanta kalibrasi yang lebih andal.
Standar viskositas memiliki tanggal kedaluwarsa dan tidak boleh digunakan lebih dari tanggal tersebut. Dimungkinkan untuk membeli viskometer terkalibrasi yang memiliki konstanta pada suhu yang sesuai. Karena untuk beberapa jenis viskometer, konstanta viskometer berubah seiring suhu, maka penting untuk menghitung konstanta viskometer untuk suhu sampel yang dianalisis. Konstanta viskometer harus diverifikasi setidaknya setiap tahun.
Viskometer harus berukuran sedemikian rupa sehingga waktu aliran untuk penentuan manual minimal 200 detik; jika tidak, koordinasi mata-tangan akan menjadi faktor penting. Operator menunggu meniskus fluida melewati garis waktu dan mengukur waktu aliran menggunakan jam atau stopwatch. Waktu aliran yang lebih besar dari 200 detik diperlukan untuk menghilangkan kemungkinan variasi operator.
Tentu saja, tabung viskometer yang bersih harus digunakan untuk analisis, tapi apa sebenarnya yang dimaksud dengan "bersih"? Tabung harus bebas dari debu atau partikel lain, dan cairan harus membasahi permukaan kaca dengan jelas.
Biasanya, cukup membilas beberapa kali dengan pelarut sampel seperti nafta, diikuti dengan pelarut kering seperti aseton, dan kemudian membersihkannya dengan gas kering bebas debu seperti udara atau nitrogen. Pelarut juga harus mengering tanpa meninggalkan residu. Hal ini terutama menjadi perhatian jika pelarut komersial atau pelarut kelas utilitas digunakan.
Residu sampel sebelumnya yang dilapisi pada bagian dalam viskometer dapat dihilangkan dengan larutan pembersih Chromic Acid 1 atau larutan pembersih pengoksidasi kuat yang tidak mengandung kromium. 2
Jangan pernah menggunakan cairan pembersih basa atau larutan pembersih apa pun dengan pH lebih besar dari 8.0 karena keduanya akan mengubah ukuran kapiler dengan melarutkan dinding kaca, sehingga mengubah konstanta kalibrasi.
Jenis cairan ini umumnya ditemukan di seluruh laboratorium analitik dan dapat digunakan untuk aplikasi lain, namun jika digunakan untuk membersihkan tabung reaksi maka tabung reaksi memerlukan kalibrasi ulang. Cara lain untuk mengubah konstanta kalibrasi viskometer ukuran minimum secara signifikan adalah dengan merendam tabung reaksi dalam air mendidih semalaman. Tabungnya mungkin bersih tetapi perlu dikalibrasi ulang sebelum digunakan.
Tabung juga harus kering sebelum digunakan. Disarankan untuk menggunakan udara atau nitrogen yang kering dan bebas debu.
Ketika digantung dalam penangas suhu konstan, pipa harus berada pada posisi vertikal yang ditentukan, bebas dari getaran, dan pada kedalaman perendaman yang ditentukan. Ikuti instruksi pabrik dan instruksi dalam metode pengujian.
perangkat pengatur waktu
Perangkat pengatur waktu harus akurat hingga +/- 0.07% pembacaan dan harus dapat membaca dalam rentang resolusi 2,000 detik atau 0,1 detik untuk satu bagian untuk waktu aliran 200 detik. Kehati-hatian harus diberikan saat menggunakan perangkat pengatur waktu elektronik karena arus bolak-balik mungkin tidak memberikan akurasi yang diperlukan.
Pemrosesan sampel
Jika partikel terlihat, sampel yang disaring harus dikumpulkan. Hal ini sangat penting ketika menganalisis oli bekas. Karena sampel harus bebas dari udara, maka sampel harus dibiarkan mengeras untuk menghilangkan udara yang masuk, jika ada. Sama seperti cairan pembersih korosif yang akan mengubah konstanta kalibrasi, sampel yang bersifat korosif (pH tinggi) juga akan berubah.
Dengan meningkatnya pH sampel, perubahan konstanta meningkat lebih cepat. Semakin kecil kapiler, semakin cepat perubahan konstannya. Setelah menganalisis sampel kaustik, tabung reaksi mungkin perlu dikalibrasi ulang, meskipun sampel yang sangat kaustik biasanya tidak ditemukan di industri perminyakan.
Sampel harus diseimbangkan pada suhu pengujian yang disyaratkan. Mungkin memerlukan waktu hingga 30 menit, beberapa materi mungkin memerlukan waktu lebih lama.
Dua pengukuran waktu aliran harus diperoleh untuk setiap sampel. Jika dua penentuan viskositas kinematik yang dihitung dari pengukuran waktu alir konsisten dengan batas keterukuran yang ditentukan untuk jenis sampel yang diuji, rata-rata dari kedua penentuan tersebut harus dilaporkan.
Jika ketidakkonsistenan ditentukan dua kali dalam rentang determinabilitas yang ditentukan, pengukuran harus diulangi setelah kemungkinan penyebabnya diselidiki dan diperbaiki. Viskometer yang kotor, suhu rendaman yang salah, atau waktu keseimbangan mungkin menjadi penyebabnya.
Viskometer otomatis
Viskometer otomatis telah digunakan dalam industri perminyakan selama lebih dari 30 tahun untuk menentukan viskositas kinematik D445. Mereka mensimulasikan kondisi fisik, operasi, atau proses peralatan manual dan harus memenuhi akurasi yang ditentukan oleh metode tersebut.
Semua persyaratan kecuali satu persyaratan di atas berlaku sama untuk instrumen otomatis. Untuk instrumen otomatis, persyaratan waktu aliran yang melebihi 200 detik pernah dilonggarkan. Subkomite ASTM D02.07 Karakteristik Aliran, yang bertanggung jawab atas metode pengujian ini, saat ini sedang menentukan waktu aliran minimum yang diperbolehkan untuk instrumen otomatis ini.
Jika persyaratan waktu aliran memang dilonggarkan, dua persyaratan tambahan akan diberlakukan. Pertama, penghitungan viskositas kinematik dari konstanta tabung dan waktu aliran mungkin memerlukan istilah tambahan, faktor koreksi energi kinematik. Faktor ini memperhitungkan energi yang diberikan untuk mempercepat fluida saat mengalir dari reservoir ke tabung kapiler.
Untuk waktu aliran yang lebih lama, koreksi ini dapat diabaikan. Kedua, perangkat pengatur waktu perlu mempertahankan resolusi dan sensitivitas deteksi 1 bagian pada tahun 2000.
QC
Sampel kendali mutu harus digunakan secara berkala untuk memantau sistem pengukuran dan memverifikasi bahwa hasilnya berada dalam keakuratan metode pengujian.
Sampel apa pun yang komposisinya serupa dengan sampel yang biasanya dianalisis harus digunakan. ASTM D6299, Praktik Standar Penerapan Teknik Penjaminan Mutu Statistik untuk Mengevaluasi Kinerja Sistem Pengukuran Analitik, memberikan informasi rinci tentang sistem kendali mutu.
menyamaratakan
Metode pengujian viskositas kinematik cairan transparan dan buram adalah salah satu pengujian paling kritis dalam industri perminyakan. Metode ini telah digunakan sejak tahun 1937, namun metode ini terus ditingkatkan. Tekniknya terlihat sederhana, namun banyak faktor yang mempengaruhi keakuratan pengukuran. Memenuhi semua persyaratan untuk melakukan metode pengujian akan memungkinkan laboratorium memenuhi atau melampaui akurasi yang ditentukan.
Catatan Penulis
Asam kromat berbahaya bagi kesehatan dan harus ditangani dengan hati-hati. Ini beracun, dikenal sebagai karsinogen, sangat korosif dan berpotensi berbahaya bila bersentuhan dengan bahan organik.
Larutan pembersih pengoksidasi kuat yang tidak mengandung kromium juga sangat korosif dan berpotensi berbahaya bila bersentuhan dengan bahan organik.
