Viscosity of Lubricants क्या है? Definition, Types, Measurement और Importance | Engineering Chemistry Notes in Hindi
Viscosity of Lubricants क्या है? Definition, Types, Measurement और Importance | Engineering Chemistry Notes in Hindi
Viscosity of Lubricants क्या है?
Viscosity lubricating oil की सबसे important physical properties में से एक है। यह lubricant के flow करने के resistance को दर्शाती है। जब lubricant machine के moving parts के बीच flow करता है, तो viscosity यह determine करने में important role निभाती है कि oil कितनी आसानी से flow करेगा और moving surfaces के बीच कितना effective lubricating film बना पाएगा।
किसी lubricant की viscosity बहुत कम होने पर oil आसानी से flow कर सकता है, लेकिन high load या high temperature conditions में पर्याप्त lubricating film maintain करना difficult हो सकता है। दूसरी ओर, viscosity बहुत अधिक होने पर lubricant का flow resistance बढ़ जाता है और machine startup तथा circulation में अधिक energy की आवश्यकता हो सकती है। इसलिए किसी machine के लिए suitable viscosity वाला lubricant select करना आवश्यक होता है।
Definition of Viscosity
Viscosity is the internal resistance offered by a fluid to its flow.
हिंदी में viscosity को श्यानता कहा जाता है। यह fluid की different layers के बीच relative motion के resistance को represent करती है। सरल शब्दों में, viscosity यह बताती है कि कोई liquid flow करने के लिए कितना resistance करता है।
उदाहरण के लिए, honey की viscosity water की तुलना में अधिक होती है, इसलिए honey धीरे flow करता है जबकि water comparatively आसानी से flow करता है। इसी प्रकार different lubricating oils की viscosity भी अलग-अलग हो सकती है।
Lubricants में Viscosity का महत्व
Lubricant का primary function machine के moving surfaces के बीच friction और wear को reduce करना है। इसके लिए lubricant को surfaces के बीच suitable film बनानी होती है। इस film की effectiveness lubricant की viscosity से strongly related होती है।
यदि viscosity सही range में है, तो lubricant moving surfaces के बीच suitable lubricating film maintain कर सकता है। यदि viscosity बहुत कम या बहुत अधिक है, तो lubrication system की performance प्रभावित हो सकती है।
Types of Viscosity
Lubricants की viscosity को समझने के लिए different viscosity terms का उपयोग किया जाता है। Engineering Chemistry में मुख्य रूप से Dynamic Viscosity, Kinematic Viscosity और Relative Viscosity जैसे concepts important हैं।
1. Dynamic Viscosity
Dynamic Viscosity को absolute viscosity भी कहा जाता है। यह fluid के internal resistance को quantify करती है जब उसकी layers एक-दूसरे के relative motion में होती हैं।
Newtons law of viscosity के अनुसार shear stress और velocity gradient के बीच relation viscosity से describe किया जाता है।
Dynamic viscosity की SI unit Pa·s या N·s/m² होती है। CGS system में इसकी unit Poise है।
2. Kinematic Viscosity
Kinematic Viscosity dynamic viscosity और fluid density के ratio के रूप में define की जाती है। यह gravity-driven flow और many lubricant testing applications में commonly used property है।
इसकी SI unit m²/s होती है। CGS system में इसकी commonly used unit Stokes है।
3. Relative Viscosity
Relative Viscosity किसी liquid की viscosity को reference liquid की viscosity के relative express करती है। यह concept comparative viscosity analysis में useful होता है।
Dynamic और Kinematic Viscosity में Difference
| Basis | Dynamic Viscosity | Kinematic Viscosity |
|---|---|---|
| Meaning | Internal resistance of a fluid to flow. | Dynamic viscosity divided by density. |
| Common Symbol | μ or η | ν |
| SI Unit | Pa·s | m²/s |
| CGS Unit | Poise | Stokes |
| Density Dependence | Not directly divided by density. | Depends on density. |
Newtons Law of Viscosity
Newtons law of viscosity describes the relationship between shear stress and velocity gradient in a Newtonian fluid.
For a Newtonian fluid, shear stress is proportional to the rate of change of velocity with respect to distance between fluid layers.
यह relation lubricant के internal friction को समझने में useful है। कई lubricating oils approximate Newtonian behavior show करते हैं under suitable operating conditions.
Factors Affecting Viscosity
Lubricant की viscosity constant नहीं रहती। यह temperature, pressure, chemical composition और अन्य factors के साथ change हो सकती है।
1. Effect of Temperature
Lubricating oils की viscosity temperature के साथ significantly change होती है। सामान्यतः liquid lubricants में temperature बढ़ने पर viscosity decrease होती है और temperature कम होने पर viscosity increase होती है।
High temperature पर oil comparatively thin हो जाता है और आसानी से flow करता है। Low temperature पर oil thick हो सकता है और उसका flow resistance बढ़ जाता है।
2. Effect of Pressure
Pressure बढ़ने पर lubricating oil की viscosity generally increase होती है। High-pressure lubrication systems में pressure-viscosity behavior important हो सकता है क्योंकि lubricant film formation pressure conditions से प्रभावित हो सकती है।
3. Chemical Composition
Lubricant की chemical composition और base oil type उसकी viscosity को प्रभावित करते हैं। Different molecular structures और molecular weights वाले oils अलग-अलग viscosity characteristics दिखा सकते हैं।
4. Additives
Lubricant additives viscosity behavior को modify कर सकते हैं। कुछ additives temperature changes के कारण viscosity में होने वाले excessive changes को control करने के लिए formulate किए जाते हैं।
Importance of Suitable Viscosity
Machine के लिए suitable viscosity का lubricant select करना बहुत important है। सही viscosity lubricant को moving surfaces के बीच effective film बनाने में सहायता करती है और friction तथा wear को control करने में मदद करती है।
- Effective lubricating film formation में सहायता करती है।
- Friction को control करने में मदद करती है।
- Wear reduction में important role निभाती है।
- Machine components की protection में सहायता करती है।
- Heat removal और lubricant circulation को प्रभावित करती है।
- Machine efficiency को support करती है।
Effect of Low Viscosity
यदि lubricant की viscosity machine के लिए बहुत कम है, तो oil आसानी से flow करेगा लेकिन high load और high temperature conditions में पर्याप्त film thickness maintain करना difficult हो सकता है। इससे metal-to-metal contact और wear का risk बढ़ सकता है।
Effect of High Viscosity
यदि lubricant की viscosity बहुत अधिक है, तो lubricant का flow resistance बढ़ जाता है। इससे machine startup में अधिक resistance हो सकता है और lubricant circulation के लिए अधिक energy required हो सकती है।
| Condition | Possible Effect |
|---|---|
| Viscosity Too Low | Insufficient lubricant film, increased wear risk under certain conditions. |
| Suitable Viscosity | Effective lubrication and appropriate flow. |
| Viscosity Too High | High flow resistance and increased starting/circulation losses. |
Measurement of Viscosity
Lubricants की viscosity को determine करने के लिए different types of Viscometers का उपयोग किया जाता है। Viscometer एक instrument है जिसका उपयोग fluid की viscosity measure करने के लिए किया जाता है।
Engineering Chemistry में viscosity measurement के लिए commonly discussed instruments में Redwood Viscometer, Saybolt Viscometer, Engler Viscometer और अन्य standard viscometric methods शामिल हो सकते हैं।
Redwood Viscometer
Redwood Viscometer petroleum products और lubricating oils की viscosity measurement के लिए traditionally used instrument है। इसमें निर्धारित मात्रा में oil को specified temperature तक heat किया जाता है और calibrated orifice के माध्यम से निश्चित मात्रा के oil के निकलने में लगने वाला time measure किया जाता है।
Measured flow time को specified test conditions के अनुसार viscosity reporting के लिए use किया जाता है।
Redwood Viscometer का Principle
Redwood Viscometer का basic principle यह है कि fluid की viscosity उसके flow resistance से related होती है। यदि oil अधिक viscous है, तो उसे calibrated orifice से flow करने में अधिक समय लगेगा। यदि oil की viscosity कम है, तो flow time comparatively कम होगा।
General Procedure of Redwood Viscometer
- Viscometer को clean और suitable condition में prepare किया जाता है।
- Lubricating oil को test cup में prescribed level तक लिया जाता है।
- Oil को required test temperature तक heat किया जाता है।
- Specified quantity receive करने के लिए measuring arrangement तैयार किया जाता है।
- Outlet को open किया जाता है।
- Specified quantity of oil के flow time को measure किया जाता है।
- Observed value को applicable viscosity scale या calculation method के अनुसार report किया जाता है।
Viscosity Index
Viscosity Index एक numerical measure है जो यह indicate करता है कि temperature change होने पर lubricant की viscosity कितनी change होती है। High Viscosity Index वाले lubricants में temperature change के साथ viscosity का change comparatively कम होता है।
Low Viscosity Index वाला lubricant temperature variation के प्रति अधिक sensitive हो सकता है। इसलिए automotive और industrial applications में suitable Viscosity Index वाले lubricants का selection important है।
Viscosity और Viscosity Index में Difference
| Basis | Viscosity | Viscosity Index |
|---|---|---|
| Meaning | Resistance of a fluid to flow. | Measure of change in viscosity with temperature. |
| Nature | Physical property. | Comparative numerical index. |
| Main Use | Describes flow resistance. | Evaluates temperature-viscosity behavior. |
| Higher Value | Means greater flow resistance. | Generally indicates smaller viscosity change with temperature. |
Applications of Viscosity in Lubricants
- Engine oil selection.
- Gear oil selection.
- Hydraulic fluid selection.
- Compressor lubrication.
- Bearing lubrication.
- Industrial machinery lubrication.
- Quality control of lubricating oils.
- Condition monitoring of used lubricants.
Why Viscosity is Important in Engine Oils?
Engine oils operate under changing temperature conditions. During cold starting, the oil may be highly viscous, while during normal operation the temperature becomes much higher and viscosity decreases.
Therefore, engine oil must have viscosity characteristics suitable for both starting and operating conditions. Multigrade oils are designed to provide useful viscosity behavior across a wider temperature range.
Why Viscosity is Important in Gear Oils?
Gear systems can operate under high loads and varying temperatures. Suitable viscosity helps maintain a protective lubricant film between gear teeth and assists in controlling friction and wear.
However, excessively high viscosity can increase churning losses and resistance to movement. Therefore, gear lubricant selection requires a balance between film strength, flow and operating temperature.
Why Viscosity is Important in Hydraulic Systems?
Hydraulic systems depend on fluid flow and pressure transmission. Hydraulic fluid viscosity affects leakage, flow resistance, pump performance and lubrication of internal components.
A viscosity that is too low may increase internal leakage, while excessively high viscosity can increase flow resistance and make cold starting difficult. Therefore, hydraulic fluid viscosity should remain within the recommended operating range.
Important Examination Questions
- What is viscosity of lubricants?
- Define viscosity.
- Explain the importance of viscosity in lubricants.
- What is dynamic viscosity?
- What is kinematic viscosity?
- Differentiate between dynamic and kinematic viscosity.
- State Newtons law of viscosity.
- Explain the factors affecting viscosity.
- Explain the principle and working of Redwood Viscometer.
- What is Viscosity Index?
- Differentiate between viscosity and Viscosity Index.
- Explain the importance of viscosity in lubricant selection.
Quick Revision Table
| Topic | Key Point |
|---|---|
| Viscosity | Internal resistance offered by a fluid to flow. |
| Dynamic Viscosity | Measures resistance associated with shear flow. |
| Kinematic Viscosity | Dynamic viscosity divided by density. |
| Viscometer | Instrument used to measure viscosity. |
| Redwood Viscometer | Measures lubricant flow time through a calibrated orifice under specified conditions. |
| Viscosity Index | Indicates the change of viscosity with temperature. |
Conclusion
Viscosity is one of the most important properties of lubricants because it determines the resistance of oil to flow and strongly influences lubricating film formation, circulation, friction and wear behavior.
Temperature, pressure, chemical composition and additives can affect viscosity. For engineering applications, the lubricant should have suitable viscosity for the expected load, speed and operating temperature.
For Engineering Chemistry examination preparation, students should focus on the definition of viscosity, dynamic and kinematic viscosity, Newtons law of viscosity, factors affecting viscosity, viscosity measurement, Redwood Viscometer, Viscosity Index, applications and importance of suitable viscosity.
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