Konverter Viskositas
Mangerteni Aliran Fluida: Dhasar-dhasar Viskositas
Viskositas ngukur resistensi fluida kanggo mili—madu luwih kenthel tinimbang banyu. Mangerteni bedane kritis antarane viskositas dinamis (resistensi absolut) lan viskositas kinematis (resistensi relatif marang densitas) iku penting kanggo mekanika fluida, rekayasa pelumasan, lan proses industri. Pandhuan iki nyakup loro jinis kasebut, hubungane liwat densitas, rumus konversi kanggo kabeh unit, lan aplikasi praktis saka milih oli mesin nganti konsistensi cat.
Konsep Dhasar: Rong Jinis Viskositas
Viskositas Dinamis (μ) - Absolut
Ngukur resistensi internal marang tegangan geser
Viskositas dinamis (uga diarani viskositas absolut) ngukur sepira gedhene gaya sing dibutuhake kanggo ngobahake siji lapisan fluida ngliwati lapisan liyane. Iki minangka sifat intrinsik saka fluida kasebut dhewe, ora gumantung saka densitas. Nilai sing luwih dhuwur tegese resistensi sing luwih gedhe.
Rumus: τ = μ × (du/dy) ing ngendi τ = tegangan geser, du/dy = gradien kacepetan
Unit: Pa·s (SI), poise (P), centipoise (cP). Banyu @ 20°C = 1.002 cP
Viskositas Kinematis (ν) - Relatif
Viskositas dinamis dibagi karo densitas
Viskositas kinematis ngukur sepira cepet fluida mili ing ngisor gravitasi. Iki ngetung loro resistensi internal (viskositas dinamis) lan massa saben volume (densitas). Digunakake nalika aliran sing didorong gravitasi penting, kayata oli sing netes utawa cairan sing diwutahake.
Rumus: ν = μ / ρ ing ngendi μ = viskositas dinamis, ρ = densitas
Unit: m²/s (SI), stokes (St), centistokes (cSt). Banyu @ 20°C = 1.004 cSt
Sampeyan ORA BISA ngowahi Pa·s (dinamis) dadi m²/s (kinematis) tanpa ngerti densitas fluida.
Conto: 100 cP banyu (ρ=1000 kg/m³) = 100 cSt. Nanging 100 cP oli mesin (ρ=900 kg/m³) = 111 cSt. Viskositas dinamis sing padha, viskositas kinematis sing beda! Konverter iki nyegah konversi lintas-jinis kanggo ngindhari kesalahan.
Conto Konversi Cepet
Hubungan Densitas: ν = μ / ρ
Viskositas dinamis lan kinematis gegandhengan liwat densitas. Mangerteni hubungan iki penting banget kanggo petungan mekanika fluida:
Banyu @ 20°C
- 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 (banyu minangka referensi)
Oli Mesin SAE 10W-30 @ 100°C
- μ (dinamis) = 62 cP = 0.062 Pa·s
- ρ (densitas) = 850 kg/m³
- ν (kinematis) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
- Cathetan: Kinematis 18% luwih dhuwur tinimbang dinamis (amarga densitas luwih endhek)
Gliserin @ 20°C
- 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
- Cathetan: Kenthel banget—1,400× luwih kenthel tinimbang banyu
Udara @ 20°C
- 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
- Cathetan: Dinamis endhek, kinematis dhuwur (gas duwe densitas endhek)
Standar Pengukuran Industri
Sadurunge ana viskometer modern, industri nggunakake metode cangkir aliran metu—ngukur suwene wektu sing dibutuhake volume tetep fluida kanggo mili liwat bolongan sing wis dikalibrasi. Standar empiris iki isih digunakake nganti saiki:
Saybolt Universal Seconds (SUS)
Standar ASTM D88, akeh digunakake ing Amerika Utara kanggo produk minyak bumi
ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (berlaku kanggo SUS > 32)
- Diukur ing suhu tartamtu: 100°F (37.8°C) utawa 210°F (98.9°C)
- Rentang umum: 31-1000+ SUS
- Conto: Oli SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
- Varian Saybolt Furol (SFS) kanggo fluida sing kenthel banget: bolongan ×10 luwih gedhe
Redwood Seconds No. 1 (RW1)
Standar Inggris IP 70, umum ing Inggris lan negara-negara Persemakmuran sadurunge
ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (berlaku kanggo RW1 > 34)
- Diukur ing 70°F (21.1°C), 100°F, utawa 140°F
- Varian Redwood No. 2 kanggo fluida sing luwih kenthel
- Konversi: RW1 ≈ SUS × 1.15 (kira-kira)
- Sebagean gedhe diganti dening standar ISO nanging isih dirujuk ing spesifikasi lawas
Derajat Engler (°E)
Standar Jerman DIN 51560, digunakake ing Eropa lan industri perminyakan
ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (berlaku kanggo °E > 1.2)
- Diukur ing 20°C, 50°C, utawa 100°C
- °E = 1.0 kanggo banyu @ 20°C (miturut definisi)
- Rentang umum: 1.0-20°E
- Conto: Bahan bakar diesel ≈ 3-5°E @ 20°C
Tolok Ukur Viskositas Donya Nyata
| Fluida | Dinamis (μ, cP) | Kinematis (ν, cSt) | Cathetan |
|---|---|---|---|
| Udara @ 20°C | 0.018 | 15.1 | Densitas endhek → kinematis dhuwur |
| Banyu @ 20°C | 1.0 | 1.0 | Fluida referensi (densitas ≈ 1) |
| Minyak zaitun @ 20°C | 84 | 92 | Rentang minyak goreng |
| SAE 10W-30 @ 100°C | 62 | 73 | Oli mesin panas |
| SAE 30 @ 40°C | 200 | 220 | Oli mesin adhem |
| Madu @ 20°C | 10,000 | 8,000 | Cairan kenthel banget |
| Gliserin @ 20°C | 1,412 | 1,120 | Densitas + viskositas dhuwur |
| Saus tomat @ 20°C | 50,000 | 45,000 | Fluida non-Newtonian |
| Molase @ 20°C | 5,000 | 3,800 | Sirup kenthel |
| Ter/Aspal @ 20°C | 100,000,000,000 | 80,000,000,000 | Eksperimen tetesan ter |
Fakta Menarik babagan Viskositas
Eksperimen Tetesan Ter
Eksperimen laboratorium paling suwe ing donya (wiwit taun 1927) ing Universitas Queensland nuduhake ter (aspal) mili liwat corong. Katon padhet nanging sejatine cairan kanthi viskositas dhuwur banget—100 milyar kaping luwih kenthel tinimbang banyu! Mung 9 tetes sing wis tiba sajrone 94 taun.
Viskositas Lava Nemtokake Gunung Berapi
Lava basaltik (viskositas kurang, 10-100 Pa·s) nggawe letusan gaya Hawaii sing lembut kanthi kali sing mili. Lava riolitik (viskositas dhuwur, 100,000+ Pa·s) nggawe letusan gaya Gunung St. Helens sing eksplosif amarga gas ora bisa uwal. Viskositas secara harfiah mbentuk gunung berapi.
Viskositas Getih Nylametake Nyawa
Getih 3-4 kaping luwih kenthel tinimbang banyu (3-4 cP @ 37°C) amarga sel getih abang. Viskositas getih sing dhuwur nambah risiko stroke/serangan jantung. Aspirin dosis endhek ngurangi viskositas kanthi nyegah agregasi trombosit. Tes viskositas getih bisa mrediksi penyakit kardiovaskular.
Kaca DUDU Cairan Superdingin
Beda karo mitos populer, jendhela lawas ora luwih kandel ing sisih ngisor amarga aliran. Viskositas kaca ing suhu kamar yaiku 10²⁰ Pa·s (siji triliun triliun kaping luwih gedhe tinimbang banyu). Kanggo mili 1mm bakal mbutuhake wektu luwih suwe tinimbang umure alam semesta. Iki minangka padhet sejati, dudu cairan sing alon.
Tingkat Oli Mesin yaiku Viskositas
SAE 10W-30 tegese: 10W = viskositas musim dingin @ 0°F (aliran suhu kurang), 30 = viskositas @ 212°F (perlindungan suhu operasi). 'W' yaiku kanggo musim dingin (winter), dudu bobot (weight). Oli multigrade nggunakake polimer sing nggulung nalika adhem (viskositas kurang) lan ngembang nalika panas (njaga viskositas).
Serangga Mlaku ing Dhuwur Banyu liwat Viskositas
Anggang-anggang nggunakake tegangan permukaan, nanging uga nggunakake viskositas banyu. Gerakan sikile nggawe pusaran sing nyurung nglawan resistansi kenthel, nyurung maju. Ing fluida viskositas nol (teoretis), dheweke ora bakal bisa obah—dheweke bakal kepleset tanpa traksi.
Evolusi Pengukuran Viskositas
1687
Isaac Newton njlèntrèhaké viskositas ing Principia Mathematica. Ngenalaké konsep 'gesekan internal' ing fluida.
1845
Jean Poiseuille nyinaoni aliran getih ing kapiler. Nurunaké Hukum Poiseuille sing ngubungaké laju aliran karo viskositas.
1851
George Stokes nurunaké persamaan kanggo aliran kenthel. Mbuktekake hubungan antarane viskositas dinamis lan kinematis.
1886
Osborne Reynolds ngenalaké bilangan Reynolds. Ngubungaké viskositas karo rezim aliran (laminar vs. turbulen).
1893
Viskometer Saybolt distandarisasi ing AS. Metode cangkir aliran metu dadi standar industri perminyakan.
1920s
Poise lan stokes dijenengi minangka unit CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s dadi standar.
1927
Eksperimen tetesan ter diwiwiti ing Universitas Queensland. Isih lumaku—eksperimen laboratorium paling suwe sing pernah ana.
1960s
SI ngadopsi Pa·s lan m²/s minangka unit standar. Centipoise (cP) lan centistokes (cSt) tetep umum digunakake.
1975
ASTM D445 nyetandardake pengukuran viskositas kinematis. Viskometer kapiler dadi standar industri.
1990s
Viskometer rotasi ngidini pengukuran fluida non-Newtonian. Penting kanggo cat, polimer, panganan.
2000s
Viskometer digital ngotomatisasi pengukuran. Bak sing dikontrol suhune njamin presisi nganti ±0.01 cSt.
Aplikasi Donya Nyata
Rekayasa Pelumasan
Pilihan oli mesin, cairan hidrolik, lan pelumasan bantalan:
- Tingkat SAE: 10W-30 tegese 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (rentang viskositas kinematis)
- Tingkat ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (viskositas kinematis @ 40°C ing cSt)
- Pilihan bantalan: Keceran = aus, kekenthelen = gesekan/panas
- Indeks Viskositas (VI): Ngukur sensitivitas suhu (luwih dhuwur = luwih apik)
- Oli multigrade: Aditif njaga viskositas ing macem-macem suhu
- Sistem hidrolik: Biasane 32-68 cSt @ 40°C kanggo kinerja optimal
Industri Perminyakan
Spesifikasi viskositas bahan bakar, minyak mentah, lan penyulingan:
- Minyak bakar abot: Diukur ing cSt @ 50°C (kudu dipanasi kanggo dipompa)
- Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (spesifikasi EN 590)
- Klasifikasi minyak mentah: Ringan (<10 cSt), sedang, abot (>50 cSt)
- Aliran pipa: Viskositas nemtokake kabutuhan daya pompa
- Tingkat bahan bakar bunker: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
- Proses penyulingan: Pemecahan viskositas ngurangi fraksi abot
Panganan & Ombenan
Kontrol kualitas lan optimisasi proses:
- Penilaian madu: 2,000-10,000 cP @ 20°C (gumantung kelembapan)
- Konsistensi sirup: Sirup maple 150-200 cP, sirup jagung 2,000+ cP
- Produk susu: Viskositas krim mengaruhi tekstur lan rasa ing cangkem
- Cokelat: 10,000-20,000 cP @ 40°C (proses tempering)
- Karbonasi ombenan: Viskositas mengaruhi pambentukan gelembung
- Minyak goreng: 50-100 cP @ 20°C (titik asap ana hubungane karo viskositas)
Manufaktur & Pelapisan
Cat, perekat, polimer, lan kontrol proses:
- Viskositas cat: 70-100 KU (unit Krebs) kanggo konsistensi aplikasi
- Pelapisan semprot: Biasane 20-50 cP (kekenthelen nyumbat, keceren netes)
- Perekat: 500-50,000 cP gumantung metode aplikasi
- Lelehan polimer: 100-100,000 Pa·s (ekstrusi/cetakan)
- Tinta cetak: 50-150 cP kanggo fleksografi, 1-5 P kanggo offset
- Kontrol kualitas: Viskositas nuduhake konsistensi batch lan umur simpen
Efek Suhu ing Viskositas
Viskositas owah kanthi dramatis kanthi suhu. Sebagean gedhe cairan ngalami penurunan viskositas nalika suhu mundhak (molekul obah luwih cepet, mili luwih gampang):
| Fluida | 20°C (cP) | 50°C (cP) | 100°C (cP) | % Owah-owahan |
|---|---|---|---|---|
| Banyu | 1.0 | 0.55 | 0.28 | -72% |
| Oli SAE 10W-30 | 200 | 80 | 15 | -92% |
| Gliserin | 1412 | 152 | 22 | -98% |
| Madu | 10,000 | 1,000 | 100 | -99% |
| Oli Gardan SAE 90 | 750 | 150 | 30 | -96% |
Referensi Konversi Unit Lengkap
Kabeh konversi unit viskositas kanthi rumus sing pas. Elinga: Viskositas dinamis lan kinematis ORA BISA diowahi tanpa densitas fluida.
Konversi Viskositas Dinamis
Base Unit: Pascal-detik (Pa·s)
Unit-unit iki ngukur resistansi absolut marang tegangan geser. Kabeh bisa diowahi kanthi linear.
| Saka | Menyang | Rumus | Conto |
|---|---|---|---|
| Pa·s | Poise (P) | P = Pa·s × 10 | 1 Pa·s = 10 P |
| Pa·s | Centipoise (cP) | cP = Pa·s × 1000 | 1 Pa·s = 1000 cP |
| Poise | Pa·s | Pa·s = P / 10 | 10 P = 1 Pa·s |
| Poise | Centipoise | cP = P × 100 | 1 P = 100 cP |
| Centipoise | Pa·s | Pa·s = cP / 1000 | 1000 cP = 1 Pa·s |
| Centipoise | mPa·s | mPa·s = cP × 1 | 1 cP = 1 mPa·s (identik) |
| Reyn | Pa·s | Pa·s = reyn × 6894.757 | 1 reyn = 6894.757 Pa·s |
| lb/(ft·s) | Pa·s | Pa·s = lb/(ft·s) × 1.488164 | 1 lb/(ft·s) = 1.488 Pa·s |
Konversi Viskositas Kinematis
Base Unit: Meter persegi saben detik (m²/s)
Unit-unit iki ngukur laju aliran ing ngisor gravitasi (viskositas dinamis ÷ densitas). Kabeh bisa diowahi kanthi linear.
| Saka | Menyang | Rumus | Conto |
|---|---|---|---|
| m²/s | Stokes (St) | St = m²/s × 10,000 | 1 m²/s = 10,000 St |
| m²/s | Centistokes (cSt) | cSt = m²/s × 1,000,000 | 1 m²/s = 1,000,000 cSt |
| Stokes | m²/s | m²/s = St / 10,000 | 10,000 St = 1 m²/s |
| Stokes | Centistokes | cSt = St × 100 | 1 St = 100 cSt |
| Centistokes | m²/s | m²/s = cSt / 1,000,000 | 1,000,000 cSt = 1 m²/s |
| Centistokes | mm²/s | mm²/s = cSt × 1 | 1 cSt = 1 mm²/s (identik) |
| ft²/s | m²/s | m²/s = ft²/s × 0.09290304 | 1 ft²/s = 0.0929 m²/s |
Konversi Standar Industri (menyang Kinematis)
Rumus empiris ngowahi wektu aliran metu (detik) dadi viskositas kinematis (cSt). Iki minangka perkiraan lan gumantung karo suhu.
| Petungan | Rumus | Conto |
|---|---|---|
| Saybolt Universal menyang cSt | cSt = 0.226 × SUS - 195/SUS (kanggo SUS > 32) | 100 SUS = 20.65 cSt |
| cSt menyang Saybolt Universal | SUS = (cSt + √(cSt² + 4×195×0.226)) / (2×0.226) | 20.65 cSt = 100 SUS |
| Redwood No. 1 menyang cSt | cSt = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (kanggo RW1 > 34) | 100 RW1 = 24.21 cSt |
| cSt menyang Redwood No. 1 | RW1 = (cSt + √(cSt² + 4×179×0.26)) / (2×0.26) | 24.21 cSt = 100 RW1 |
| Derajat Engler menyang cSt | cSt = 7.6 × °E - 6.0/°E (kanggo °E > 1.2) | 5 °E = 36.8 cSt |
| cSt menyang Derajat Engler | °E = (cSt + √(cSt² + 4×6.0×7.6)) / (2×7.6) | 36.8 cSt = 5 °E |
Konversi Dinamis ↔ Kinematis (Mbutuhake Densitas)
Konversi iki mbutuhake kawruh babagan densitas fluida ing suhu pangukuran.
| Petungan | Rumus | Conto |
|---|---|---|
| Dinamis menyang Kinematis | ν (m²/s) = μ (Pa·s) / ρ (kg/m³) | μ=0.001 Pa·s, ρ=1000 kg/m³ → ν=0.000001 m²/s |
| Kinematis menyang Dinamis | μ (Pa·s) = ν (m²/s) × ρ (kg/m³) | ν=0.000001 m²/s, ρ=1000 kg/m³ → μ=0.001 Pa·s |
| cP menyang cSt (umum) | cSt = cP / (ρ ing g/cm³) | 100 cP, ρ=0.9 g/cm³ → 111 cSt |
| Perkiraan kanggo banyu | Kanggo banyu cedhak 20°C: cSt ≈ cP (ρ≈1) | Banyu: 1 cP ≈ 1 cSt (ing 0.2%) |
Pitakonan sing Sering Ditakokake
Apa bedane antarane viskositas dinamis lan kinematis?
Viskositas dinamis (Pa·s, poise) ngukur resistansi internal fluida marang geseran—'kekenthelan' absolute. Viskositas kinematis (m²/s, stokes) yaiku viskositas dinamis dibagi karo densitas—sepira cepet mili ing ngisor gravitasi. Sampeyan butuh densitas kanggo ngowahi ing antarane: ν = μ/ρ. Pikirake kaya iki: madu duwe viskositas dinamis sing dhuwur (kenthel), nanging merkuri uga duwe viskositas kinematis sing dhuwur sanajan 'encer' (amarga padhet banget).
Apa aku bisa ngowahi centipoise (cP) dadi centistokes (cSt)?
Ora tanpa ngerti densitas fluida ing suhu pangukuran. Kanggo banyu cedhak 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (amarga densitas banyu ≈ 1 g/cm³). Nanging kanggo oli mesin (densitas ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Konverter kita mblokir konversi lintas-jinis kanggo nyegah kesalahan. Gunakake rumus iki: cSt = cP / (densitas ing g/cm³).
Napa oli aku tulisane '10W-30'?
Tingkat viskositas SAE nemtokake rentang viskositas kinematis. '10W' tegese memenuhi syarat aliran suhu kurang (W = winter, dites ing 0°F). '30' tegese memenuhi syarat viskositas suhu dhuwur (dites ing 212°F). Oli multigrade (kayata 10W-30) nggunakake aditif kanggo njaga viskositas ing macem-macem suhu, ora kaya oli single-grade (SAE 30) sing dadi encer banget nalika panas.
Kepiye Saybolt Seconds gegandhengan karo centistokes?
Saybolt Universal Seconds (SUS) ngukur suwene wektu sing dibutuhake 60mL fluida kanggo mili liwat bolongan sing wis dikalibrasi. Rumus empirise yaiku: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (kanggo SUS > 32). Contone, 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS isih digunakake ing spesifikasi minyak bumi sanajan minangka metode sing luwih lawas. Laboratorium modern nggunakake viskometer kinematis sing langsung ngukur cSt saben ASTM D445.
Napa viskositas mudhun kanthi suhu?
Suhu sing luwih dhuwur menehi molekul luwih akeh energi kinetik, ngidini dheweke geser ngliwati siji liyane kanthi luwih gampang. Kanggo cairan, viskositas biasane mudhun 2-10% saben °C. Oli mesin ing 20°C bisa uga 200 cP nanging mung 15 cP ing 100°C (penurunan 13 kaping!). Indeks Viskositas (VI) ngukur sensitivitas suhu iki: oli VI dhuwur (100+) njaga viskositas luwih apik, oli VI endhek (<50) dadi encer banget nalika dipanasi.
Viskositas apa sing kudu aku gunakake kanggo sistem hidrolik aku?
Sebagean gedhe sistem hidrolik bisa digunakake kanthi apik ing 25-50 cSt @ 40°C. Kakehan (<10 cSt) nyebabake bocor internal lan aus. Kakehan (>100 cSt) nyebabake respons sing alon, konsumsi daya sing dhuwur, lan penumpukan panas. Priksa spesifikasi produsen pompa sampeyan—pompa baling-baling luwih seneng 25-35 cSt, pompa piston ngidinke 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) yaiku oli hidrolik serba guna sing paling umum.
Apa ana viskositas maksimum?
Ora ana maksimum teoretis, nanging pangukuran praktis dadi angel ing ndhuwur 1 yuta cP (1000 Pa·s). Bitumen/ter bisa tekan 100 milyar Pa·s. Sawetara lelehan polimer ngluwihi 1 yuta Pa·s. Ing viskositas ekstrem, wates antarane cairan lan padhet dadi kabur—bahan-bahan iki nuduhake aliran kenthel (kaya cairan) lan pemulihan elastis (kaya padhet), sing diarani viskoelastisitas.
Napa sawetara unit dijenengi miturut jeneng wong?
Poise ngurmati Jean Léonard Marie Poiseuille (1840-an), sing nyinaoni aliran getih ing kapiler. Stokes ngurmati George Gabriel Stokes (1850-an), sing nurunake persamaan kanggo aliran kenthel lan mbuktekake hubungan antarane viskositas dinamis lan kinematis. Siji reyn (pound-force detik saben inci persegi) dijenengi miturut Osbourne Reynolds (1880-an), sing misuwur kanthi bilangan Reynolds ing dinamika fluida.
Direktori Piranti Lengkap
Kabeh 71 piranti sing kasedhiya ing UNITS