شاخص گرانروي
ASTM D567, D2270

مايعات هنگاميكه در معرض حرارت قرار مي گيرند متمايل به رقيق شدن و در اثر سرما غليظ مي شوند. اما اين رفتار گرانروي در اثر تغييرات دما در برخي مايعات نسبت به مايعات ديگر بيشتر بروز مي نمايد.
ر دما مي تواند به عنوان شاخص گرانروي (VI) بيان شود. شاخص گرانروي يك عدد محاسبه اي و بدون بعد مي باشد. هرچه شاخص گرانروي يك روغن بيشتر باشد تغيير گرانروي در اثر تغيير دما كمتر خواهد بود.

مفهوم شاخص گرانروي
يكي از جنبه هايي كه منجر به توسعه شاخص گرانروي شد اين پديده بود كه، دو نوع روغن نفتنيكي و پارافينيكي با گرانروي يكسان در يك دماي معين، در اثر افزايش دما رفتار متفاوتي نشان داده و روغنهاي نفتنيكي در دماهاي بالا بسيار بيشتر از روغنهاي پارافينيكي رقيق مي شوند. اما پارامتر مشخصي كه اين رفتار در برابر تغيير دما را توضيح دهد وجود نداشت.
سيستم شاخص گرانروي كه بدين منظور توسعه يافته، بر اساس مقايسه خصوصيات گرانروي يك روغن با خصوصيات گرانروي روغنهايي كه استاندارد ناميده مي شوند بنا نهاده شده است. يك روغن نفتنيك در گرانروي هاي مختلف در يك دماي معين، داراي تغييرات بسيار زياد در گرانروي با تغيير دما بوده و بنابراين شاخص گرانروي آنها صفر تعيين شده است. روغنهاي پارافينيك كه تغييرات گرانروي آنها با دما كمتر از اغلب روغنهاي در دسترس مي باشد شاخص گرانروي 100 را به خود اختصاص داده اند. با استفاده از داده هاي گرانروي صحيح مربوط به دو سري از روغنها، شاخص گرانروي هر روغن به عنوان درصدي از فاكتور مربوط به گرانروي روغن مورد آزمايش، روغن با شاخص گرانروي صفر، و روغن با شاخص گرانروي 100 در 100 °F بيان مي شود (هر سه نوع روغن داراي گرانروي يكسان در 210 °F مي باشند). اين محاسبات در شكل 1 توضيح داده شده كه بر اساس فرمول زير مي باشد:

L: گرانروي روغن با شاخص گرانروي صفر در 100 °F، H: گرانروي روغن با شاخص گرانروي 100 در 100 °F، و U: گرانروي روغن مورد آزمايش در 100 °F.

شكل 1: مفهوم شاخص گرانروي

استانداردهاي ASTM
سيستم شاخص گرانروي در نهايت به صورت ASTM D567 تدوين شده و براي سالهاي متمادي در صنعت نفت مورد استفاده قرار گرفته است. اين استاندارد در استفاده براي اغلب محصولات نفتي مورد رضايت واقع شده است. اما براي شاخص هاي گرانروي بيشتر از حدود 125، از نظر رياضي نوعي ناسازگاري رخ مي دهد و به خاطر اينكه محصولات با شاخص گرانروي بالا عموميت يافته اند روش ديگري (ASTM D2270) توسعه يافته است كه اين ناسازگاري ها را حذف مي نمايد.

محاسبه شاخص گرانروي
شاخص گرانروي يك روغن مي تواند از جداول و نمودارهاي آورده شده در روشهاي ASTM محاسبه گردد. در شاخص هاي گرانروي كمتر از 100، ASTM D2270 و ASTM D567 يكسان بوده و هر دو روش قابل استفاده مي باشد. در شاخص هاي گرانروي بالاتر از 100 بايستي از ASTM D2270 استفاده شود. از آنجائيكه ASTM D2270 براي تمام محدوده هاي شاخص گرانروي مناسب مي باشد به عنوان يك روش ارجح توسط شركتهاي نفتي پذيرفته شده است.
همچنين شاخص گرانروي يك روغن ممكن است با دقت مناسب به كمك نمودارهاي استخراج شده از جداول ASTM تعيين گردد. نمودار براي شاخص هاي گرانروي بالاتر از 100، محاسبه شده توسط ASTM D2270، در شكل 2 نشان داده شده است.

اهميت شاخص گرانروي
روغنهاي روانكار در زمان كاركرد در معرض محدوده وسيع دما قرار مي گيرند. در دماهاي بالا، گرانروي يك روغن ممكن است تا نقطه اي كاهش يابد كه در آن فيلم روانكار شكسته مي شود كه منجر به تماس فلز با فلز و ايجاد سايش خواهد كرد. در نقطه مقابل، در دماهاي پايين، روغن ممكن است براي گردش مناسب در سيستم بسيار غليظ باشد، يا ممكن است بدليل نيروهاي گرانشي بالا عملكرد ماشين با مشكل مواجه شود. در نتيجه، در اغلب كاربردها روغن با شاخص گرانروي بالا مورد نياز مي باشد.

شكل 2: نمودار محاسبه شاخص هاي گرانروي بيشتر از 100 با استفاده از گرانروي سينماتيك، ASTM D2270.
خطوط نقطه چين روش استفاده را توضيح مي دهد

در يك اتومبيل، روغن مورد استفاده در محفظه ميل لنگ در دماي استارت نبايستي خيلي غليظ باشد زيرا كه در اثر آن فشار بيشتري به موتور اعمال مي شود. و در طول زمان گرم شدن آزادانه به تمام قسمتهاي نيازمند روانكاري جريان يابد. پس از آنكه روغن به دماي كاركرد رسيد نبايستي به اندازه اي رقيق شود كه در اين حالت فيلم روانكاري نازك شده و قادر به تحمل بار نخواهد بود.
به طور مشابه، سيال مورد استفاده در سيستم هيدروليك هواپيما ممكن است بر روي زمين در معرض دماي 100 °F يا بيشتر و در ارتفاع بالا در دمعرض دماي زير صفر قرار گيرد. به منظور عملكرد مناسب لازم است كه سيال هيدروليك در هر دو شرايط داراي گرانروي ثابت باشد كه نيازمند داشتن شاخص گرانروي بالا است.
بر اساس رابطه بين روغنهاي پارافينيك و نفتنيك، شاخص گرانروي يك روغن اغلب بيانگر نوع روغن پايه مي باشد. روغن معدني با شاخص گرانروي 80، و يا بيشتر، از نوع پارافينيك و روغن معدني با شاخص گرانروي كمتر از 40 معمولا از نوع روغن پايه نفتنيكي مي باشد.
در حالت كلي، اين رابطه بين شاخص گرانروي و نوع روغن پايه، فقط در مورد روغنهاي معدني برقرار است. تكنيكهاي پالايش و افزودني هايي كه امروزه در دسترس مي باشد امكان توليد روغنهاي نفتنيكي مطابق با مشخصات روغنهاي پارافينيكي، از جمله شاخص گرانروي، را امكانپذير مي سازد. بنابراين شاخص گرانروي بايد تنها به عنوان نشانه اي از تركيب هيدروكربني در كنار ساير پارامترها در نظر گرفته شود.