Importance de l’indice de viscosité en lubrification

La viscosité est une mesure de la résistance d’un lubrifiant à l’écoulement, mais elle est souvent comparée à « l’épaisseur » ou à la « minceur » de l’huile. Cette propriété est à l’origine de la forme du coin hydrodynamique, ou de l’épaisseur du film, qui sépare les surfaces des machines, une couche critique qui empêche le contact direct des surfaces métalliques en mouvement dans presque toutes les machines de notre secteur.

Sans cela, l’usure de la machine se produirait presque instantanément. Quand on le dit comme ça, on comprend pourquoi on lui accorde autant d’importance, n’est-ce pas ? Bon, passons à autre chose.

L’efficacité de cette épaisseur de film dépend en grande partie de la viscosité du lubrifiant. Cependant, la viscosité n’est pas un attribut statique ; c’est une propriété dynamique fortement influencée par une série de facteurs. La température joue également un rôle familier dans la détermination de la viscosité .

En règle générale, la viscosité d’une huile augmente (ou s’épaissit) lorsque la température diminue. Inversement, la viscosité diminue (ou s’amincit) lorsque la température est élevée. Cette nature variable de la viscosité en fonction des fluctuations de température nous amène à un aspect fondamental des lubrifiants : l’indice de viscosité.
 

L’indice de viscosité expliqué

L’indice de viscosité (IV) est une mesure qui définit la façon dont la viscosité d’une huile change en fonction d’un changement de température. La compréhension de l’IV est essentielle pour déterminer si un lubrifiant répond aux exigences opérationnelles des machines dans différentes plages de température . Il ne s’agit pas simplement d’une spécification technique ; c’est une boussole qui guide le choix du bon lubrifiant pour un entretien efficace des machines.

L’indice de viscosité d’une huile est déterminé en mesurant sa viscosité à deux températures standard : 40°C et 100°C. Ces valeurs sont ensuite comparées à une échelle dérivée de deux huiles de référence. Les huiles minérales conventionnelles ont généralement un indice de viscosité compris entre 95 et 100, tandis que les huiles minérales hautement raffinées se situent autour de 120.

Les huiles synthétiques , connues pour leurs qualités supérieures, peuvent avoir un VI allant jusqu’à 250 ou plus. Il s’agit d’un nombre sans unité, mais en termes simples : un VI plus élevé est plus souhaitable car cela indique un taux de changement de viscosité plus faible avec les fluctuations de température.

Ce concept peut être visualisé à travers un graphique avec la viscosité sur l’axe vertical et la température sur l’axe horizontal. Les huiles avec un indice de viscosité plus élevé présentent une pente plus horizontale, indiquant leur capacité à maintenir un film lubrifiant stable sur une plage de températures plus large.

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L’impact de l’indice de viscosité sur différentes machines

Différents types de machines, comme les boîtes de vitesses , les compresseurs, les moteurs à carter et les systèmes hydrauliques, ont chacun leurs propres besoins en matière de lubrification. Ces besoins sont fortement influencés par la conception de la machine, les charges opérationnelles et la vitesse, qui déterminent à leur tour la viscosité requise (et par extension, l’indice de viscosité) du lubrifiant.

Dans les boîtes de vitesses ou les compresseurs, par exemple, un indice de viscosité correct est impératif pour garantir que le lubrifiant conserve une épaisseur de film adéquate sous différentes températures et charges de fonctionnement. Si la température de fonctionnement devait diminuer, par exemple pendant les périodes d’arrêt ou par temps froid, la viscosité deviendrait trop épaisse, ce qui entraînerait plusieurs problèmes, notamment une augmentation de la consommation d’énergie avec une friction plus élevée du fluide ou une circulation d’huile restreinte.

Si les températures de fonctionnement deviennent trop élevées, la diminution de la viscosité qui en résulte peut entraîner une usure mécanique rapide. Les deux scénarios entraînent une défaillance ultérieure. Les deux scénarios sont atténués par un VI plus élevé correctement sélectionné.

Il est clair que des indices de viscosité élevés sont particulièrement importants dans les machines soumises à de grandes variations de température. Par exemple, un lubrifiant dans un compresseur extérieur pendant une matinée froide peut être confronté à des conditions radicalement différentes à midi lorsque les températures augmentent. Un lubrifiant avec un indice de viscosité élevé fluctuera moins en termes de viscosité, offrant une protection plus constante tout au long de ces changements de température.

Le rôle du VI ne se limite pas à la gestion des variations de viscosité induites par la température. Il s’agit de garantir que le lubrifiant peut répondre efficacement aux exigences de conception et de fonctionnement spécifiques de la machine. Le lubrifiant idéal forme un film suffisamment robuste pour empêcher le contact métal sur métal, mais suffisamment fluide pour permettre un mouvement efficace des pièces.
 

Améliorants de l’indice de viscosité

La science de la lubrification a évolué au fil des décennies pour répondre aux besoins divers et exigeants des machines modernes, ce qui a conduit au développement d’améliorants de l’indice de viscosité (VII). Il s’agit d’additifs conçus pour améliorer l’indice de viscosité d’un lubrifiant, lui permettant de fonctionner efficacement sur une plage de températures plus large.

Les VII sont généralement des polymères ajoutés à l’huile pour minimiser le taux de changement de viscosité avec la température (augmentant ainsi le VI). Ils fonctionnent essentiellement en se dilatant lorsqu’ils chauffent, ce qui contrecarre la tendance naturelle de l’huile à se diluer à des températures plus élevées. L’utilisation des VII est un exercice d’équilibre : s’ils offrent l’avantage d’élargir la plage de températures sur laquelle l’huile peut fonctionner efficacement, ils peuvent également introduire des complexités.

L’un des problèmes des améliorants d’indice de viscosité est qu’ils peuvent être cisaillés en service, en particulier dans des environnements soumis à de fortes contraintes comme les boîtes de vitesses ou les moteurs. Ce cisaillement peut entraîner une perte permanente de viscosité et, par extension, une diminution de l’efficacité du lubrifiant.

Il s’agit d’un phénomène connu sous le nom de perte de viscosité temporaire (TVL), et c’est un facteur essentiel à prendre en compte lors de la sélection d’un lubrifiant avec des améliorants d’indice de viscosité, en particulier pour les applications à cisaillement élevé. Les huiles minérales nécessitant souvent plus d’indice de viscosité, ces scénarios bénéficient de l’utilisation de synthétiques qui ont un indice de viscosité naturellement plus élevé.

Malgré ces limitations, les avantages du VII sont indéniables, en particulier pour les équipements fonctionnant dans une large plage de températures. La clé est de choisir un lubrifiant avec le bon équilibre d’améliorants VI pour répondre aux besoins spécifiques des machines sans introduire de risque excessif de perte de viscosité induite par le cisaillement.
 

Meilleures pratiques en matière de sélection de l’indice de viscosité

Choisir le bon VI pour un lubrifiant est autant un art qu’une science. Cela nécessite une compréhension approfondie des paramètres de fonctionnement et des conditions environnementales de la machine. Voici quelques bonnes pratiques pour guider ce processus de sélection :

• Connaissez les exigences de vos machines – Chaque machine a ses besoins uniques en matière de viscosité en fonction de sa conception, de ses vitesses de fonctionnement et de ses charges. Comprendre ces exigences est la première étape dans la sélection d’un lubrifiant avec l’indice de viscosité approprié. Par exemple, les roulements des machines à grande vitesse peuvent nécessiter une huile à viscosité plus faible que ceux des systèmes d’engrenages à faible vitesse et à charge lourde. Les huiles à faible viscosité peuvent être plus affectées par de petits changements d’indice de viscosité, il est donc plus important de bien les choisir.
• Tenez compte de l’environnement d’exploitation – Il n’est pas surprenant que la température ambiante et les variations de température jouent un rôle important dans le choix de l’indice de viscosité. Les machines fonctionnant à l’extérieur dans des climats variables bénéficieront de lubrifiants ayant un indice de viscosité plus élevé que ceux utilisés dans des environnements plus contrôlés.
• Équilibrer l’indice VI avec d’autres propriétés du lubrifiant – Bien que l’indice VI soit crucial, ce n’est pas la seule propriété à prendre en compte. L’équilibre entre l’indice VI et d’autres caractéristiques du lubrifiant, telles que le type d’huile de base, la composition des additifs et les capacités de protection contre l’usure, est essentiel pour une performance optimale du lubrifiant.
   

Un exemple de cas dans la sélection VI

Prenons le cas d’une grande boîte de vitesses industrielle fonctionnant dans un climat fluctuant. En hiver, les températures chutent et provoquent un épaississement du lubrifiant, ce qui peut entraîner une lubrification insuffisante au démarrage. À l’inverse, en été, le même lubrifiant peut devenir trop fluide et ne pas maintenir un film lubrifiant adéquat.

Au début, l’équipe de maintenance utilisait une huile minérale classique avec un indice de viscosité modéré. Cependant, elle a constaté une usure accrue lors des changements de température saisonniers, ce qui a entraîné des opérations de maintenance fréquentes et des temps d’arrêt coûteux.

La solution a été de passer à un lubrifiant synthétique avec un indice de viscosité plus élevé et des agents améliorant l’indice de viscosité. Ce changement a permis d’obtenir une viscosité plus stable malgré les variations de température, réduisant l’usure et prolongeant la durée de vie de la boîte de vitesses. Il s’agit d’un exemple courant qui souligne l’importance de l’indice de viscosité dans le choix du lubrifiant et son impact direct sur la fiabilité des machines et les coûts de maintenance.
 

Calculateur d’indice de viscosité

À l’ère du numérique, où l’information est à portée de main, disposer d’outils pratiques pour appliquer les connaissances théoriques est d’une valeur inestimable. Un calculateur interactif d’indice de viscosité, actuellement en cours de développement chez Noria, répond précisément à cet objectif.

Le calculateur VI est simple à utiliser. Il suffit de saisir la viscosité de l’huile à 40 °C et 100 °C, et le calculateur estimera son VI. Cet outil permet non seulement de comprendre le VI d’un lubrifiant actuel, mais également de comparer les alternatives potentielles. Vous pouvez également saisir un VI et une viscosité connus à l’un des points de température pour calculer la viscosité à l’autre point de température.

Exemple de calcul : Supposons que vous ayez une huile avec une viscosité de 100 cSt à 40 °C et de 15 cSt à 100 °C. La saisie de ces valeurs dans la calculatrice donnera un VI ou 157. Ce chiffre est supérieur à celui de l’huile minérale et il s’agit probablement d’une huile synthétique. Ce calcul devrait vous aider à comprendre comment cette huile se comportera face à divers changements de température, en particulier pour évaluer si elle convient à vos machines et à vos conditions de fonctionnement spécifiques.

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Note finale

L’indice de viscosité est bien plus qu’un simple chiffre sur la fiche technique d’un lubrifiant : c’est un facteur essentiel pour garantir la santé et l’efficacité de vos machines. Comprendre et utiliser l’indice de viscosité dans la sélection des lubrifiants peut améliorer considérablement les performances des machines, réduire les coûts de maintenance et prolonger la durée de vie des équipements. Que vous soyez un professionnel de la maintenance chevronné ou un nouveau venu dans le monde de la lubrification industrielle, reconnaître le rôle essentiel de l’indice de viscosité améliorera sans aucun doute votre approche de la maintenance des machines.

Il est essentiel de rester informé et d’utiliser des outils tels que le calculateur VI pour sélectionner un lubrifiant. Cela peut vous aider à garantir que vos machines continuent de fonctionner à leur maximum, quels que soient les défis posés par les variations de température et les exigences opérationnelles.

( Source et article d’origine : https://www.machinerylubrication.com/Read/32590/the-critical-role-of-viscosity-i )