ความหนืดและอุณหภูมิเป็นปัจจัยที่สัมพันธ์กับพฤติกรรมการไหลของของเหลวโดยตรง ของเหลวที่มีความหนืดสูงจะมีความต้านทานต่อการไหลมากกว่า จึงมักไหลช้ากว่าของเหลวที่มีความหนืดต่ำ ขณะเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ค่าความหนืดของของเหลวก็สามารถเปลี่ยนตามไปด้วย ทำให้ของเหลวชนิดเดียวกันมีพฤติกรรมการไหลต่างกันภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่ต่างกัน 

ความสัมพันธ์นี้มีความสำคัญกับงาน QC และห้องปฏิบัติการ เพราะค่าความหนืดที่วัดได้จะมีความหมายก็ต่อเมื่อทราบเงื่อนไขอุณหภูมิที่ใช้ทดสอบ หากทดสอบตัวอย่างที่เหมือนกันแต่ภายใต้อุณหภูมิต่างกันผลลัพธ์ที่ได้อาจแตกต่างกัน 

ค่าความหนืดเป็นตัวกำหนดการไหลของของเหลวว่าไหลง่ายหรือยาก 

ความหนืด (Viscosity) คือความต้านทานภายในของของเหลวต่อการไหล เมื่อค่าความหนืดสูง ของเหลวจะต้านการเคลื่อนที่มากขึ้นและมักไหลได้ช้าลง ส่วนของเหลวที่มีความหนืดต่ำจะเคลื่อนที่และไหลได้ง่ายกว่าเมื่ออยู่ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน 

อย่างไรก็ตาม ความเร็วในการไหลจริงไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าความหนืดเพียงอย่างเดียว แต่ยังเกี่ยวข้องกับแรงดัน ลักษณะของระบบ ท่อหรือช่องทางที่ของเหลวไหลผ่าน รวมถึงอุณหภูมิด้วย ดังนั้น ในงานควบคุมคุณภาพจึงควรมองค่าความหนืดร่วมกับเงื่อนไขการใช้งานจริง ไม่ใช่พิจารณาจากตัวเลขความหนืดเพียงอย่างเดียว 

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ความหนืดและการไหลของของเหลวเปลี่ยนตาม 

สำหรับของเหลวทั่วไป เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ค่าความหนืดจะเปลี่ยนตามไปด้วย จึงไม่ควรนำค่าความหนืดที่วัดภายใต้อุณหภูมิต่างกันมาเปรียบเทียบกันโดยไม่พิจารณาเงื่อนไขการทดสอบอื่น 

อุณหภูมิสูงขึ้น ของเหลวจะไหลได้ง่ายขึ้น 

โดยทั่วไป เมื่ออุณหภูมิของของเหลวสูงขึ้น ความหนืดจะลดลง ทำให้ของเหลวมีความต้านทานต่อการไหลน้อยลงและไหลได้ง่ายขึ้น พฤติกรรมนี้เห็นได้ชัดในน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมหลายประเภท ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดกับอุณหภูมิเป็นตัวแปรสำคัญในการประเมินคุณสมบัติของของเหลว 

อุณหภูมิต่ำลง ของเหลวอาจข้นขึ้นและไหลได้ยาก 

เมื่ออุณหภูมิต่ำลง ของเหลวหลายชนิดจะมีความหนืดสูงขึ้น จึงต้องใช้แรงมากขึ้นในการทำให้ของเหลวเคลื่อนที่หรือไหลผ่านระบบ ผลกระทบนี้มีความสำคัญกับผลิตภัณฑ์ที่ต้องใช้งานในสภาพอุณหภูมิต่ำ เช่น น้ำมันหล่อลื่นและเชื้อเพลิงบางประเภท เพราะการไหลยากขึ้นอาจกระทบต่อการสูบ การหมุนเวียน หรือการไหลเวียนเชื้อเพลิงในระบบ 

ตัวอย่างของเหลวที่ความหนืดและอุณหภูมิมีผลกระทบ 

ตัวอย่างที่พบได้บ่อยในห้องปฏิบัติการด้านปิโตรเลียม ได้แก่ น้ำมันหล่อลื่น เชื้อเพลิง และจาระบี 

น้ำมันหล่อลื่น 

น้ำมันหล่อลื่นต้องมีความหนืดเหมาะสมกับสภาวะการทำงาน เพื่อให้สามารถไหลไปยังบริเวณที่ต้องการหล่อลื่นและสร้างชั้นฟิล์มน้ำมันระหว่างพื้นผิวได้อย่างเหมาะสม ความหนืดจึงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติสำคัญที่ใช้พิจารณาความเหมาะสมของน้ำมันกับระบบหรือเครื่องจักรแต่ละประเภท 

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นจะลดลง ทำให้การจ่ายเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ในทางกลับกัน หากอุณหภูมิต่ำเกินไป น้ำมันหล่อลื่นอาจมีความหนืดสูงขึ้น ส่งผลให้ไม่สามารถจ่ายน้ำมันหล่อลื่นภายในเครื่องยนต์ได้อย่างราบรื่น 

เชื้อเพลิง 

ความหนืดของเชื้อเพลิงมีผลต่อการจัดเก็บ การสูบ การจ่าย และสภาวะการใช้งาน โดยเฉพาะเชื้อเพลิงที่มีความหนืดสูง เช่น น้ำมันเบนซิน ดีเซล 

เมื่ออุณหภูมิลดลง เชื้อเพลิงอาจมีความหนืดสูงขึ้นและไหลผ่านระบบได้ยากขึ้น แต่ถ้าหากอุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดมักลดลงและการไหลสะดวกขึ้น  

จาระบี 

จาระบีมีพฤติกรรมแตกต่างจากน้ำมันหล่อลื่นชนิดเหลว เพราะมีโครงสร้างกึ่งของแข็งและมีสารเพิ่มความข้นช่วยกักเก็บน้ำมันหล่อลื่นไว้ภายในโครงสร้าง 

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น จาระบีสามารถอ่อนตัวลงและพฤติกรรมการไหลเปลี่ยนแปลงได้ หากได้รับความร้อนสูงถึงระดับหนึ่ง โครงสร้างของจาระบีอาจไม่สามารถคงสภาพเดิมไว้ได้ ความหนืดจะลดลง อาจทำให้จาระบีไม่สามารถยึดติดกับชิ้นส่วนเครื่องจักรได้ดี 

เพราะฉะนั้นแล้วสำหรับการควบคุมคุณภาพที่ต้องตรวจสอบความหนืดของน้ำมัน เชื้อเพลิง หรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องควบคุมอุณหภูมิระหว่างการวัด การเลือกเครื่องมือที่สามารถติดตามทั้งค่าความหนืดและอุณหภูมิจะช่วยให้ควบคุมเงื่อนไขการทดสอบได้สะดวกขึ้น โดย เครื่องวัดความหนืด VISCOlab 3000 มีเซนเซอร์วัดอุณหภูมิภายในและสามารถแสดงค่าความหนืดกับอุณหภูมิได้ แม่นยำรองรับตัวอย่างหลายช่วงความหนืดและเงื่อนไขอุณหภูมิสำหรับงานทดสอบปิโตรเลียมหลายประเภท 

วิธีการทดสอบความหนืด

การทดสอบความหนืดของของเหลวมีความสำคัญในหลายอุตสาหกรรม เนื่องจากความหนืดเป็นตัวชี้วัดความต้านทานการไหลของของเหลว ซึ่งสามารถบ่งบอกถึงคุณสมบัติการทำงานและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น น้ำมันหล่อลื่น เชื้อเพลิง และจาระบี

1.การทดสอบแบบ Kinematic

เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความหนืดของของเหลวโดยอาศัยหลักการที่ว่า เวลาที่ของเหลวไหลผ่านท่อขนาดเล็ก (capillary tube) จะแปรผกผันกับความหนืดของของเหลวนั้น มีหลักการทำงาน ดังนี้

1. ตัวอย่างของเหลวจะถูกดูดเข้าไปในท่อขนาดเล็กที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวที่แน่นอน
2. ของเหลวจะไหลผ่านท่อด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก โดยใช้เวลาที่กำหนดให้ของเหลวไหลผ่านจุดสังเกตสองจุดบนท่อ
3. เวลาที่ใช้ในการไหลจะแปรผกผันกับความหนืดจลน์ (kinematic viscosity) ของของเหลวตามสมการของ Poiseuille
4. ความหนืดจลน์สามารถคำนวณได้จากเวลาที่วัดได้และค่าคงที่ของท่อ โดยมีหน่วยเป็น mm²/s หรือ cSt (centistokes)

Capillary Viscometer เหมาะสำหรับใช้กับของเหลวที่มีความหนืดต่ำถึงปานกลาง เช่น น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันเชื้อเพลิง และสารละลายต่าง ๆ

2.Dynamic viscosity (η)

หรือที่เรียกว่า absolute viscosity เป็นการวัดความต้านทานภายในของของเหลวต่อการไหล โดยจะต้องใช้แรงภายนอกในการวัด เช่น การให้แรงเฉือน (Shear) การใช้ rotational viscometer ซึ่งจะวัดแรงที่ต้องใช้ในการทำให้ของเหลวไหล มีหน่วยเป็น centipoise (cP) หรือ Ns/m²

บริษัท Chemical House and Lab Instrument จำหน่าย เครื่องวัดความหนืด หลากหลายประเภท ทั้ง Kinematic Viscometer, Dynamic Viscometer โดยเครื่องสามารถทดสอบความหนืดได้หลากหลาย รองรับตัวอย่างได้หลายประเภท และสามารถควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญที่ส่งผลต่อความหนืด เช่นกัน

• Multirange Viscometer ตามมาตรฐาน ASTM D445 จากแบรนด์ Herzog– PAC รุ่นHVM 472 เป็นเครื่องวัดความหนืดอัตโนมัติใช้กับน้ำมันใส ที่มีความหนืดในช่วง 0.5 – 5,000 cSt ที่อุณหภูมิ 20 – 150 องศาเซลเซียส  และมี Autosampler ที่รองรับตัวอย่างได้ 26 ตำแหน่ง

• HVU Ubbelohde Viscometers จากแบรนด์ Herzog– PAC เป็นเครื่องวัดความหนืดอัตโนมัติใช้กับน้ำมันใส  ที่อุณหภูมิ 20 – 150 องศาเซลเซียส สำหรับ HVU481 และ -40 – 100 องศาเซลเซียสสำหรับ HVU482 และสามารถฉีดตัวอย่างได้เองหรือใช้ Autosampler สำหรับฉีดตัวอย่างได้ 48 หรือ 96 ตำแหน่ง

• เครื่องวัดความหนืด รุ่น OptiMVD ใช้วัดความหนืดตามมาตรฐาน ASTM D7945 โดยวิธีนี้อิงตามหลักการ Hagen-Poiseuille ของการไหลผ่านท่อแคปิลารีแนวนอน มีการดูดตัวอย่างจากขวดตัวอย่างที่ปิดสนิท และนำเข้าไปในเซลล์วัดที่ควบคุมอุณหภูมิ มีเซนเซอร์แสง และมีบล็อกความร้อนล้อมรอบเซลล์วัด และประกอบเข้าด้วยกับความหนาแน่น (Densiy) ตามมาตรฐาน ASTM D7777 สามารถวัดตัวอย่างที่มีความหนืดตั้งแต่ 1 mm²/วินาที ถึง 2,000 mm²/วินาที ที่ 40°C รองรับจำนวนตัวอย่างสูงสุด 48 ตัวอย่างต่อการโหลดตัวอย่าง 1 ครั้ง

• เครื่องวัดความหนืด VISCOlab 3000 จากแบรนด์  PAC ตามมาตรฐาน ASTM D7483 เป็นเครื่องทดสอบแบบอัตโนมัติ โดยแบ่งรุ่นย่อยออกเป็น VISCOlab-3000 เหมาะสำหรับทดสอบตัวอย่างน้ำมันที่มีความหนืดสูง VISCOlab-4000 เหมาะสำหรับตัวอย่างน้ำมันใส VISCOlab-PVT เหมาะสำหรับน้ำมันดิบซึ่งสามารถทดสอบได้ที่อุณหภูมิและความดันสูง

ที่มา:

https://th.rheonics.com/viscosity/

สอบถาม Add Line OA หรือ Add line จาก QR Code ด้านล่าง