Misura la resistenza interna allo sforzo di taglio

La viscosità dinamica (chiamata anche viscosità assoluta) quantifica la forza necessaria per muovere uno strato di fluido su un altro. È la proprietà intrinseca del fluido stesso, indipendente dalla densità. Valori più alti significano maggiore resistenza.

Formula: τ = μ × (du/dy) dove τ = sforzo di taglio, du/dy = gradiente di velocità

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

Viscosità dinamica divisa per la densità

La viscosità cinematica misura la velocità con cui un fluido scorre sotto l'effetto della gravità. Tiene conto sia della resistenza interna (viscosità dinamica) sia della massa per volume (densità). Viene utilizzata quando il flusso guidato dalla gravità è importante, come lo scarico dell'olio o il versamento di liquidi.

Formula: ν = μ / ρ dove μ = viscosità dinamica, ρ = densità

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

• μ (dinamica) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densità) = 998.2 kg/m³
• ν (cinematica) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Rapporto: ν/μ ≈ 1.0 (l'acqua è il riferimento)

• μ (dinamica) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densità) = 850 kg/m³
• ν (cinematica) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Nota: La cinematica è del 18% superiore alla dinamica (a causa della minore densità)

• μ (dinamica) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densità) = 1,261 kg/m³
• ν (cinematica) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Nota: Molto viscosa—1.400 volte più densa dell'acqua

• μ (dinamica) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densità) = 1.204 kg/m³
• ν (cinematica) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Nota: Bassa dinamica, alta cinematica (i gas hanno bassa densità)

Standard ASTM D88, ampiamente utilizzato in Nord America per i prodotti petroliferi

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (valido per SUS > 32)

• Misurato a temperature specifiche: 100°F (37.8°C) o 210°F (98.9°C)
• Intervallo comune: 31-1000+ SUS
• Esempio: Olio SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Variante Saybolt Furol (SFS) per fluidi molto viscosi: orifizio ×10 più grande

Standard britannico IP 70, comune nel Regno Unito e nell'ex Commonwealth

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (valido per RW1 > 34)

• Misurato a 70°F (21.1°C), 100°F o 140°F
• Variante Redwood N. 2 per fluidi più densi
• Conversione: RW1 ≈ SUS × 1.15 (approssimativo)
• In gran parte sostituito dagli standard ISO ma ancora citato nelle specifiche più vecchie

Standard tedesco DIN 51560, utilizzato in Europa e nell'industria petrolifera

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (valido per °E > 1.2)

• Misurato a 20°C, 50°C o 100°C
• °E = 1.0 per l'acqua @ 20°C (per definizione)
• Intervallo comune: 1.0-20°E
• Esempio: Carburante diesel ≈ 3-5°E @ 20°C

L'esperimento di laboratorio più longevo al mondo (dal 1927) presso l'Università del Queensland mostra la pece (catrame) che scorre attraverso un imbuto. Sembra solida ma in realtà è un liquido ad altissima viscosità—100 miliardi di volte più viscoso dell'acqua! Solo 9 gocce sono cadute in 94 anni.

La lava basaltica (bassa viscosità, 10-100 Pa·s) crea eruzioni dolci in stile hawaiano con fiumi che scorrono. La lava riolitica (alta viscosità, 100.000+ Pa·s) crea eruzioni esplosive in stile Monte St. Helens perché i gas non possono fuoriuscire. La viscosità modella letteralmente le montagne vulcaniche.

Il sangue è 3-4 volte più viscoso dell'acqua (3-4 cP a 37°C) a causa dei globuli rossi. Un'alta viscosità del sangue aumenta il rischio di ictus/infarto. L'aspirina a basso dosaggio riduce la viscosità prevenendo l'aggregazione piastrinica. I test sulla viscosità del sangue possono prevedere malattie cardiovascolari.

Contrariamente al mito popolare, le vecchie finestre non sono più spesse in basso a causa dello scorrimento. La viscosità del vetro a temperatura ambiente è di 10²⁰ Pa·s (un trilione di trilioni di volte quella dell'acqua). Per scorrere di 1 mm ci vorrebbe più tempo dell'età dell'universo. È un vero solido, non un liquido lento.

SAE 10W-30 significa: 10W = viscosità invernale a 0°F (flusso a bassa temperatura), 30 = viscosità a 212°F (protezione alla temperatura di esercizio). La 'W' sta per inverno (winter), non per peso (weight). Gli oli multigrado utilizzano polimeri che si avvolgono a freddo (bassa viscosità) e si espandono a caldo (mantenendo la viscosità).

I gerridi sfruttano la tensione superficiale, ma anche la viscosità dell'acqua. I movimenti delle loro zampe creano vortici che spingono contro la resistenza viscosa, spingendoli in avanti. In un fluido a viscosità zero (teorico), non potrebbero muoversi—scivolerebbero senza trazione.

Isaac Newton descrive la viscosità nei Principia Mathematica. Introduce il concetto di 'attrito interno' nei fluidi.

Jean Poiseuille studia il flusso sanguigno nei capillari. Deriva la Legge di Poiseuille che mette in relazione la portata con la viscosità.

George Stokes deriva le equazioni per il flusso viscoso. Dimostra la relazione tra viscosità dinamica e cinematica.

Osborne Reynolds introduce il numero di Reynolds. Mette in relazione la viscosità con il regime di flusso (laminare vs turbolento).

Il viscosimetro Saybolt viene standardizzato negli Stati Uniti. Il metodo della coppa di efflusso diventa lo standard dell'industria petrolifera.

Poise e stokes vengono nominati come unità CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s diventano standard.

Inizia l'esperimento della goccia di pece all'Università del Queensland. È ancora in corso—l'esperimento di laboratorio più lungo di sempre.

Il SI adotta il Pa·s e il m²/s come unità standard. Il centipoise (cP) e il centistokes (cSt) rimangono comuni.

Lo standard ASTM D445 standardizza la misurazione della viscosità cinematica. Il viscosimetro capillare diventa lo standard industriale.

I viscosimetri rotazionali consentono la misurazione di fluidi non newtoniani. Importante per vernici, polimeri, alimenti.

I viscosimetri digitali automatizzano la misurazione. I bagni a temperatura controllata garantiscono una precisione di ±0.01 cSt.

Selezione di olio motore, fluido idraulico e lubrificazione dei cuscinetti:

• Gradi SAE: 10W-30 significa 10W a 0°F, 30 a 212°F (intervalli di viscosità cinematica)
• Gradi ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (viscosità cinematica a 40°C in cSt)
• Selezione dei cuscinetti: Troppo fluido = usura, troppo denso = attrito/calore
• Indice di viscosità (VI): Misura la sensibilità alla temperatura (più alto = migliore)
• Oli multigrado: Gli additivi mantengono la viscosità a diverse temperature
• Sistemi idraulici: Tipicamente 32-68 cSt a 40°C per prestazioni ottimali

Specifiche di viscosità per carburante, petrolio greggio e raffinazione:

• Olio combustibile pesante: Misurato in cSt a 50°C (deve essere riscaldato per essere pompato)
• Diesel: 2-4.5 cSt a 40°C (specifica EN 590)
• Classificazione del petrolio greggio: Leggero (<10 cSt), medio, pesante (>50 cSt)
• Flusso in condotta: La viscosità determina i requisiti di potenza di pompaggio
• Gradi di combustibile per bunker: IFO 180, IFO 380 (cSt a 50°C)
• Processo di raffinazione: Il visbreaking riduce le frazioni pesanti

Controllo qualità e ottimizzazione dei processi:

• Classificazione del miele: 2.000-10.000 cP a 20°C (a seconda dell'umidità)
• Consistenza dello sciroppo: Sciroppo d'acero 150-200 cP, sciroppo di mais 2.000+ cP
• Latticini: La viscosità della panna influisce sulla consistenza e sulla sensazione al palato
• Cioccolato: 10.000-20.000 cP a 40°C (processo di temperaggio)
• Carbonatazione delle bevande: La viscosità influisce sulla formazione delle bolle
• Olio da cucina: 50-100 cP a 20°C (il punto di fumo è correlato alla viscosità)

Vernici, adesivi, polimeri e controllo di processo:

• Viscosità della vernice: 70-100 KU (unità Krebs) per la consistenza dell'applicazione
• Rivestimento a spruzzo: Tipicamente 20-50 cP (troppo denso ostruisce, troppo fluido cola)
• Adesivi: 500-50.000 cP a seconda del metodo di applicazione
• Polimeri fusi: 100-100.000 Pa·s (estrusione/stampaggio)
• Inchiostri da stampa: 50-150 cP per la flessografia, 1-5 P per l'offset
• Controllo qualità: La viscosità indica la consistenza del lotto e la durata di conservazione

La viscosità dinamica (Pa·s, poise) misura la resistenza interna di un fluido allo scorrimento—la sua 'densità' assoluta. La viscosità cinematica (m²/s, stokes) è la viscosità dinamica divisa per la densità—la velocità con cui scorre sotto l'effetto della gravità. Per convertire tra le due, è necessaria la densità: ν = μ/ρ. Pensala così: il miele ha un'alta viscosità dinamica (è denso), ma anche il mercurio ha un'alta viscosità cinematica pur essendo 'fluido' (perché è molto denso).

Non senza conoscere la densità del fluido alla temperatura di misurazione. Per l'acqua vicino a 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (perché la densità dell'acqua è ≈ 1 g/cm³). Ma per l'olio motore (densità ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Il nostro convertitore blocca le conversioni incrociate per evitare errori. Usa questa formula: cSt = cP / (densità in g/cm³).

I gradi di viscosità SAE specificano intervalli di viscosità cinematica. '10W' significa che soddisfa i requisiti di flusso a bassa temperatura (W = winter, testato a 0°F). '30' significa che soddisfa i requisiti di viscosità ad alta temperatura (testato a 212°F). Gli oli multigrado (come il 10W-30) utilizzano additivi per mantenere la viscosità a diverse temperature, a differenza degli oli monouso (SAE 30) che si assottigliano drasticamente quando si riscaldano.

I Secondi Universali Saybolt (SUS) misurano il tempo necessario a 60 ml di fluido per defluire attraverso un orifizio calibrato. La formula empirica è: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (per SUS > 32). Ad esempio, 100 SUS ≈ 21 cSt. I SUS sono ancora utilizzati nelle specifiche petrolifere nonostante siano un metodo più vecchio. I laboratori moderni utilizzano viscosimetri cinematici che misurano direttamente i cSt secondo la norma ASTM D445.

Una temperatura più alta conferisce alle molecole più energia cinetica, consentendo loro di scivolare più facilmente l'una sull'altra. Per i liquidi, la viscosità diminuisce tipicamente del 2-10% per °C. L'olio motore a 20°C potrebbe essere di 200 cP ma solo di 15 cP a 100°C (una diminuzione di 13 volte!). L'Indice di Viscosità (VI) misura questa sensibilità alla temperatura: gli oli ad alto VI (100+) mantengono meglio la loro viscosità, quelli a basso VI (<50) si assottigliano drasticamente quando vengono riscaldati.

La maggior parte dei sistemi idraulici funziona meglio a 25-50 cSt a 40°C. Troppo bassa (<10 cSt) causa perdite interne e usura. Troppo alta (>100 cSt) causa una risposta lenta, un elevato consumo di energia e un accumulo di calore. Controlla le specifiche del produttore della tua pompa—le pompe a palette preferiscono 25-35 cSt, le pompe a pistoni tollerano 35-70 cSt. L'ISO VG 46 (46 cSt a 40°C) è l'olio idraulico per uso generale più comune.

Non esiste un massimo teorico, ma le misurazioni pratiche diventano difficili al di sopra di 1 milione di cP (1000 Pa·s). Il bitume/pece può raggiungere i 100 miliardi di Pa·s. Alcuni polimeri fusi superano 1 milione di Pa·s. A viscosità estreme, il confine tra liquido e solido si offusca—questi materiali mostrano sia un flusso viscoso (come i liquidi) sia un recupero elastico (come i solidi), chiamato viscoelasticità.

Il poise onora Jean Léonard Marie Poiseuille (anni '40 del 1800), che studiò il flusso sanguigno nei capillari. Lo stokes onora George Gabriel Stokes (anni '50 del 1800), che derivò le equazioni per il flusso viscoso e dimostrò la relazione tra viscosità dinamica e cinematica. Un reyn (libbra-forza secondo per pollice quadrato) prende il nome da Osbourne Reynolds (anni '80 del 1800), famoso per il numero di Reynolds nella dinamica dei fluidi.