Mengukur resistansi internal terhadap tegangan geser

Viskositas dinamis (juga disebut viskositas absolut) mengukur seberapa besar gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan satu lapisan fluida melewati lapisan lainnya. Ini adalah sifat intrinsik dari fluida itu sendiri, tidak tergantung pada densitas. Nilai yang lebih tinggi berarti resistansi yang lebih besar.

Rumus: τ = μ × (du/dy) di mana τ = tegangan geser, du/dy = gradien kecepatan

Satuan: Pa·s (SI), poise (P), centipoise (cP). Air @ 20°C = 1.002 cP

Viskositas dinamis dibagi dengan densitas

Viskositas kinematis mengukur seberapa cepat fluida mengalir di bawah pengaruh gravitasi. Ini memperhitungkan baik resistansi internal (viskositas dinamis) maupun massa per volume (densitas). Digunakan ketika aliran yang digerakkan oleh gravitasi penting, seperti oli yang mengering atau cairan yang dituangkan.

Rumus: ν = μ / ρ di mana μ = viskositas dinamis, ρ = densitas

Satuan: m²/s (SI), stokes (St), centistokes (cSt). Air @ 20°C = 1.004 cSt

• μ (dinamis) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densitas) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematis) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Rasio: ν/μ ≈ 1.0 (air adalah referensi)

• μ (dinamis) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densitas) = 850 kg/m³
• ν (kinematis) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Catatan: Kinematis 18% lebih tinggi dari dinamis (karena densitas lebih rendah)

• μ (dinamis) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densitas) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematis) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Catatan: Sangat kental—1,400× lebih kental dari air

• μ (dinamis) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densitas) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematis) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Catatan: Dinamis rendah, kinematis tinggi (gas memiliki densitas rendah)

Standar ASTM D88, banyak digunakan di Amerika Utara untuk produk minyak bumi

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (berlaku untuk SUS > 32)

• Diukur pada suhu tertentu: 100°F (37.8°C) atau 210°F (98.9°C)
• Rentang umum: 31-1000+ SUS
• Contoh: Oli SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Varian Saybolt Furol (SFS) untuk fluida yang sangat kental: lubang ×10 lebih besar

Standar Inggris IP 70, umum di Inggris dan negara-negara Persemakmuran sebelumnya

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (berlaku untuk RW1 > 34)

• Diukur pada 70°F (21.1°C), 100°F, atau 140°F
• Varian Redwood No. 2 untuk fluida yang lebih kental
• Konversi: RW1 ≈ SUS × 1.15 (perkiraan)
• Sebagian besar digantikan oleh standar ISO tetapi masih dirujuk dalam spesifikasi lama

Standar Jerman DIN 51560, digunakan di Eropa dan industri perminyakan

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (berlaku untuk °E > 1.2)

• Diukur pada 20°C, 50°C, atau 100°C
• °E = 1.0 untuk air @ 20°C (berdasarkan definisi)
• Rentang umum: 1.0-20°E
• Contoh: Bahan bakar diesel ≈ 3-5°E @ 20°C

Eksperimen laboratorium terlama di dunia (sejak 1927) di Universitas Queensland menunjukkan ter (aspal) mengalir melalui corong. Terlihat padat tetapi sebenarnya adalah cairan dengan viskositas sangat tinggi—100 miliar kali lebih kental dari air! Hanya 9 tetes yang telah jatuh dalam 94 tahun.

Lava basaltik (viskositas rendah, 10-100 Pa·s) menciptakan letusan gaya Hawaii yang lembut dengan sungai yang mengalir. Lava riolitik (viskositas tinggi, 100,000+ Pa·s) menciptakan letusan gaya Gunung St. Helens yang eksplosif karena gas tidak dapat keluar. Viskositas secara harfiah membentuk gunung berapi.

Darah 3-4 kali lebih kental dari air (3-4 cP @ 37°C) karena sel darah merah. Viskositas darah yang tinggi meningkatkan risiko stroke/serangan jantung. Aspirin dosis rendah mengurangi viskositas dengan mencegah agregasi trombosit. Tes viskositas darah dapat memprediksi penyakit kardiovaskular.

Berlawanan dengan mitos populer, jendela tua tidak lebih tebal di bagian bawah karena aliran. Viskositas kaca pada suhu kamar adalah 10²⁰ Pa·s (satu triliun triliun kali lebih besar dari air). Untuk mengalir 1mm akan memakan waktu lebih lama dari usia alam semesta. Ini adalah padatan sejati, bukan cairan yang lambat.

SAE 10W-30 berarti: 10W = viskositas musim dingin @ 0°F (aliran suhu rendah), 30 = viskositas @ 212°F (perlindungan suhu operasi). 'W' adalah untuk musim dingin (winter), bukan berat (weight). Oli multigrade menggunakan polimer yang melingkar saat dingin (viskositas rendah) dan mengembang saat panas (mempertahankan viskositas).

Anggang-anggang memanfaatkan tegangan permukaan, tetapi juga memanfaatkan viskositas air. Gerakan kaki mereka menciptakan pusaran yang mendorong melawan resistansi kental, mendorong mereka ke depan. Dalam fluida viskositas nol (teoretis), mereka tidak akan bisa bergerak—mereka akan tergelincir tanpa traksi.

Isaac Newton menjelaskan viskositas dalam Principia Mathematica. Memperkenalkan konsep 'gesekan internal' dalam fluida.

Jean Poiseuille mempelajari aliran darah di kapiler. Menurunkan Hukum Poiseuille yang menghubungkan laju aliran dengan viskositas.

George Stokes menurunkan persamaan untuk aliran kental. Membuktikan hubungan antara viskositas dinamis dan kinematis.

Osborne Reynolds memperkenalkan bilangan Reynolds. Menghubungkan viskositas dengan rezim aliran (laminar vs. turbulen).

Viskometer Saybolt distandarisasi di AS. Metode cangkir aliran keluar menjadi standar industri perminyakan.

Poise dan stokes dinamai sebagai satuan CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s menjadi standar.

Eksperimen tetesan ter dimulai di Universitas Queensland. Masih berjalan—eksperimen laboratorium terlama yang pernah ada.

SI mengadopsi Pa·s dan m²/s sebagai satuan standar. Centipoise (cP) dan centistokes (cSt) tetap umum digunakan.

ASTM D445 menstandarisasi pengukuran viskositas kinematis. Viskometer kapiler menjadi standar industri.

Viskometer rotasi memungkinkan pengukuran fluida non-Newtonian. Penting untuk cat, polimer, makanan.

Viskometer digital mengotomatiskan pengukuran. Bak yang dikontrol suhunya memastikan presisi hingga ±0.01 cSt.

Pemilihan oli mesin, cairan hidrolik, dan pelumasan bantalan:

• Tingkat SAE: 10W-30 berarti 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (rentang viskositas kinematis)
• Tingkat ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (viskositas kinematis @ 40°C dalam cSt)
• Pemilihan bantalan: Terlalu encer = aus, terlalu kental = gesekan/panas
• Indeks Viskositas (VI): Mengukur sensitivitas suhu (lebih tinggi = lebih baik)
• Oli multigrade: Aditif mempertahankan viskositas di berbagai suhu
• Sistem hidrolik: Biasanya 32-68 cSt @ 40°C untuk kinerja optimal

Spesifikasi viskositas bahan bakar, minyak mentah, dan penyulingan:

• Minyak bakar berat: Diukur dalam cSt @ 50°C (harus dipanaskan untuk dipompa)
• Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (spesifikasi EN 590)
• Klasifikasi minyak mentah: Ringan (<10 cSt), sedang, berat (>50 cSt)
• Aliran pipa: Viskositas menentukan kebutuhan daya pompa
• Tingkat bahan bakar bunker: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Proses penyulingan: Pemecahan viskositas mengurangi fraksi berat

Kontrol kualitas dan optimisasi proses:

• Penilaian madu: 2,000-10,000 cP @ 20°C (tergantung kelembapan)
• Konsistensi sirup: Sirup maple 150-200 cP, sirup jagung 2,000+ cP
• Produk susu: Viskositas krim memengaruhi tekstur dan rasa di mulut
• Cokelat: 10,000-20,000 cP @ 40°C (proses tempering)
• Karbonasi minuman: Viskositas memengaruhi pembentukan gelembung
• Minyak goreng: 50-100 cP @ 20°C (titik asap berkorelasi dengan viskositas)

Cat, perekat, polimer, dan kontrol proses:

• Viskositas cat: 70-100 KU (unit Krebs) untuk konsistensi aplikasi
• Pelapisan semprot: Biasanya 20-50 cP (terlalu kental menyumbat, terlalu encer menetes)
• Perekat: 500-50,000 cP tergantung metode aplikasi
• Lelehan polimer: 100-100,000 Pa·s (ekstrusi/cetakan)
• Tinta cetak: 50-150 cP untuk fleksografi, 1-5 P untuk offset
• Kontrol kualitas: Viskositas menunjukkan konsistensi batch dan masa simpan

Viskositas dinamis (Pa·s, poise) mengukur resistansi internal fluida terhadap geseran—'kekentalan' absolutnya. Viskositas kinematis (m²/s, stokes) adalah viskositas dinamis dibagi dengan densitas—seberapa cepat ia mengalir di bawah gravitasi. Anda memerlukan densitas untuk mengonversi di antara keduanya: ν = μ/ρ. Pikirkan seperti ini: madu memiliki viskositas dinamis yang tinggi (kental), tetapi merkuri juga memiliki viskositas kinematis yang tinggi meskipun 'encer' (karena sangat padat).

Tidak tanpa mengetahui densitas fluida pada suhu pengukuran. Untuk air di dekat 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (karena densitas air ≈ 1 g/cm³). Tapi untuk oli mesin (densitas ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Konverter kami memblokir konversi lintas jenis untuk mencegah kesalahan. Gunakan rumus ini: cSt = cP / (densitas dalam g/cm³).

Tingkat viskositas SAE menentukan rentang viskositas kinematis. '10W' berarti memenuhi persyaratan aliran suhu rendah (W = winter, diuji pada 0°F). '30' berarti memenuhi persyaratan viskositas suhu tinggi (diuji pada 212°F). Oli multigrade (seperti 10W-30) menggunakan aditif untuk mempertahankan viskositas di berbagai suhu, tidak seperti oli single-grade (SAE 30) yang menjadi sangat encer saat panas.

Saybolt Universal Seconds (SUS) mengukur berapa lama waktu yang dibutuhkan 60mL fluida untuk mengalir melalui lubang yang telah dikalibrasi. Rumus empirisnya adalah: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (untuk SUS > 32). Misalnya, 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS masih digunakan dalam spesifikasi minyak bumi meskipun merupakan metode yang lebih tua. Laboratorium modern menggunakan viskometer kinematis yang secara langsung mengukur cSt per ASTM D445.

Suhu yang lebih tinggi memberi molekul lebih banyak energi kinetik, memungkinkan mereka meluncur melewati satu sama lain dengan lebih mudah. Untuk cairan, viskositas biasanya turun 2-10% per °C. Oli mesin pada 20°C mungkin 200 cP tetapi hanya 15 cP pada 100°C (penurunan 13 kali lipat!). Indeks Viskositas (VI) mengukur sensitivitas suhu ini: oli VI tinggi (100+) mempertahankan viskositas lebih baik, oli VI rendah (<50) menjadi sangat encer saat dipanaskan.

Sebagian besar sistem hidrolik beroperasi paling baik pada 25-50 cSt @ 40°C. Terlalu rendah (<10 cSt) menyebabkan kebocoran internal dan keausan. Terlalu tinggi (>100 cSt) menyebabkan respons yang lamban, konsumsi daya yang tinggi, dan penumpukan panas. Periksa spesifikasi produsen pompa Anda—pompa baling-baling lebih menyukai 25-35 cSt, pompa piston mentolerir 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) adalah oli hidrolik serba guna yang paling umum.

Tidak ada maksimum teoretis, tetapi pengukuran praktis menjadi sulit di atas 1 juta cP (1000 Pa·s). Bitumen/ter dapat mencapai 100 miliar Pa·s. Beberapa lelehan polimer melebihi 1 juta Pa·s. Pada viskositas ekstrem, batas antara cairan dan padatan menjadi kabur—bahan-bahan ini menunjukkan aliran kental (seperti cairan) dan pemulihan elastis (seperti padatan), yang disebut viskoelastisitas.

Poise menghormati Jean Léonard Marie Poiseuille (1840-an), yang mempelajari aliran darah di kapiler. Stokes menghormati George Gabriel Stokes (1850-an), yang menurunkan persamaan untuk aliran kental dan membuktikan hubungan antara viskositas dinamis dan kinematis. Satu reyn (pound-force detik per inci persegi) dinamai menurut Osbourne Reynolds (1880-an), yang terkenal dengan bilangan Reynolds dalam dinamika fluida.