شاخص بروکفیلد و تحلیل ویسکوزیته دینامیکی سیالات

به گزارش “راهبرد انرژی“،زمانی که رفتارهای دینامیکی در سیالیت یک روانکار،  پیش نیاز  محاسبات و چگونگی  طراحی فرمولاسیون آن باشد ما را ملزم می نماید تا اطلاعات کاملتری نسبت به یک سیال ویسکوز یا  ویسکوالاستیک  و رفتار رئولوژیکی و همچنین درک صحیحی از مقاومتهای برشی بین مولکولی آن داشته باشیم تا بتوان نسبت به برایند عملکرد نهایی در یک سیستم مکانیکی، یک فرایند روانکاری مناسب و با کیفیت تضمین شده را تجربه کرد.
ویسکوزیته یا گرانروی،  همان مقاومت یک سیال در برابر جاری شدن میباشد که با ویسکوزیمتر آن را اندازه گیری می نمایند اما جهت ویسکوزیته دینامیکی یا  بین مولکولی سیال در برابر نیروهای برشی، گرانروی را از زاویه دیگری مورد آزمون قرار می دهند که تحت عنوان بروکفیلد گزارش می شود.
بروکفیلد، شکل دیگری از مقاومت سیال در گرانروی خود بوده که از نوع چرخشی و بر مبنای گشتاور لازم برای چرخاندن یک جسم خارجی درون آن سیال ، تعریف می شود بنابراین فاکتور بروکفیلد را میتوان میزان مقاومت سیال در برابر نیروهای وارد بر آن در مسیر ایجاد تنشهای برشی بر شمرد.
در نگاهی دیگر بروکیفیلد، اندازه گیری اصطکاک درون سیال بوده که در اثر حرکت یک لایه دیگر به صورت دورانی بروی آن حادث می شود که همان مقاومت دینامیکی برشی سیال است.
روش آزمون بروکفیلد بر طبق استاندارد ASTM D2983  بوده که با واحد سنتی پواز (مگا پاسگال  ثانیه ) گزارش می گردد.
با درنظر داشتن آشنایی با آزمون بروکفیلد می توان درک عمیق تری پیرامون فرایند روانکار ،  خصوصا روغنهای گیربکس داشته باشیم. طبعا عوامل و فاکتورهای متعددی می توانند بر نتایج بروکفیلد یک روغن تاثیر گذار باشد که به عنوال مثال می توان از نوع وگرید روغن پایه مصرفی و همچنین مواد افزودنی نام برد.
با در نظر گرفتن توضیحات بالا می توان برداشت کرد که هرچه عدد بروکفیلد گزارش شده پایین تر باشد ، سیالیت روانکار در حین فشارهای مکانیکی و چرخشی آن در محیط عملکرد ،  بیشتر می باشد که این عامل مهم ، موجبات برآورده کردن نیاز سیستم و قطعات مغروق در روانکار را بهتر فراهم می نماید.
آزمون بروکفیلد بر اساس استاندارد ASTM D2983  در یک دستگاه به اختصار به شرح ذیل انجام می شود:
یک اسپیندل با شکل و سایز مشخص توسط یک محور به دستگاه وصل می شود و سپس درون سیال روانکار قرار می گیرد و با روشن شدن دستگاه ، با سرعت و دمای تنظیم شده به چرخش می افتد طریقه قراردادن اسپیندل در سیال ، عمق ورود آن، دمای محیط و سیال ، سرعت چرخش آن و عوامل دیگر می تواند بر میزان خطای آزمایش تاثیر بگذارد به همین روی اخیرا از دستگاههای اتوماتیک بهره می برند تا درصد خطای اپراتور را کاهش دهند  بدیهی است کالیبره بودن دستگاه اتوماتیک هم بسیار اهمیت دارد.
دامنه نتایج بروکفیلد از ۵۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ سنتی پواز تعریف شده است و طبعا در خصوص روانکارها ، هر چه بروکفیلد کمتر باشد نشان از روان تر بودن روغن در حین روانکاری می باشد  اغلب این فاکتور ، در گروه روغنهای دنده های اتوماتیک و دستی مورد توجه بیشتری قرار می گیرد زیرا کنترل چشمی وضعیت روغن محصور درون گیربکس میسر نمی باشد .
یکی از دماهای مورد نظر جهت این آزمون ،  سرمای  40-  درجه سانتیگراد بوده که در این دما ،  میزان گرانروی بسیار کاهشی می گردد و انتخاب این دما  بدین دلیل است که نتایج عملکرد روانکار را در بالاترین سطح چالش سیالیت آن ، بررسی نمایند.
فاکتور سرعت چرخش اسپیندل بسیار قابل توجه بوده و بر طبق جدول ذیل از ۰۶ تا ۶۰ دور در دقیقه می باشد. هرچه بروکفیلد کمتر باشد و سیالیت روانکار بالاتر باشد امکان سرعت بیشتر اسپیندل در آن میسر خواهد بود .
استانداردهای قید شده در ASTM D2983 مندرج درجدول ذیل بعنوان شاخص قلمداد میگردد:

ویسکوزیمترهای بروکفیلد اتوماتیک ،  اغلب به صورت خودکار ،  فرایند تغییرات و تنظیم سرعت اسپیندل را انجام می دهند.  بنابراین ابتدا با سرعت ۶۰ درور در دقیقه فعال شده و درصورتی که بروکفیلد سیال بیش از ۹۸۰۰ سنتی پواز باشد به صورت اتوماتیک با ۳۰ دور در دقیقه کار خود را ادامه می دهد و همین ترتیب عملکرد خود را تنظیم می نماید تا امکان درج عدد بروکفیلد میسر شود.  نظر به اینکه بروکفیلد اغلب روانکارهای جعبه دنده اتوماتیک  در دمای 40-  سانتیگراد ، بیش از ۹۸۰۰ سنتی پواز و کمتر از ۲۰۰۰۰ سنتی پواز می باشند، بدین روی در برگه گزارشات از سرعت ۳۰ دور در دقیقه یاد می گردد عدد بروکفیلد روغن دنده های دستی بمراتب بالاتر از این حد می باشند که بدلیل ماهیت طبیعی آن و فرمولاسیون مربوطه می باشد.

بنابراین می توان از آزمون بروکفیلد بعنوان یکی از شاخص های قابل اعتماد در جهت انتخاب یک روانکار گیربکس بهره جست زیرا که رسیدن به دامنه مطلوب و قابل قبول استاندارد ،  برای این گروه از محصولات ، نیازمند به بهره مندی از روغن پایه مرغوب و عموما سنتتیک گرید بالا بوده که با ادتیوهای ویژه ، حلالیت مناسب را داشته باشند و به صورت کاملا یکنواخت مشاهده گردد. استفاده از مواد افزودنی نا مناسب که ضریب حلالیت متفاوتی نسبت به روغن پایه مصرفی داشته باشند، باعث پدیده ته نشینی  و یا کلوییدی شدن روانکار می گردد که علامت هشدار دهنده و نامطلوبی از یک روانکار دنده قلمداد می شود.
بنابراین جهت أنواع گیربکس های مختلف که به دلایل نیازخاص خود ،  طراحی مکانیکی شده اند می بایستی از روانکار مختص به همان گیربکس که با مواد و فرمولاسیون مناسب در ویسکوزیته متعارف تولید شده است ، استفاده نمود.
ویسکوزیته روغنهای گیربکس های اتوماتیک در تیپ های مختلف ، با هم متفاوت هستند اما با فرض (کاملا محال) ، اگر ویسکوزیته همه روغنهای اتوماتیک را عدد ثابت در نظر بگیریم و بروکفیلد آنها را یک دامنه قابل قبول فرض کنیم، باز هم استفاده از یک روغن برای همه گیربکس های مختلف توصیه نمی شود، چراکه نوع روغن پایه انتخاب شده در کنار مواد افزودنی ویژه برای هر نوع گیربکس با طراحی متفاوت و الیاژهای مختلف مصرفی ، مغایر و متفاوت می باشد.
طراحی گیربکس با تیپ های مختلفی مانند DCT، AMT، IMT، DDS، ATF1 ،  CVT  و در راستای نیاز مورد نظر برای هر خودرو و شرایط کارکرد آن صورت گرفته است که نوع مواد افزودنی ویژه و روغن پایه مختص به خود را در فرمولاسیون خود خواهند داشت که توسط سازنده گیربکس معرفی می گردد،  بنابراین استفاده هریک بجای دیگری و یا استفاده از روانکار با کیفیت نامناسب ،  آسیب جدی برای گیربکس به همراه خواهد داشت و یک شاخص مهم در انتخاب صحیح روانکار ، نتیجه تست بروکفیلد آن می باشد .