Mengukur rintangan dalaman terhadap tegasan ricih

Kelikatan dinamik (juga dipanggil kelikatan mutlak) mengukur berapa banyak daya yang diperlukan untuk menggerakkan satu lapisan bendalir melepasi lapisan yang lain. Ia adalah sifat intrinsik bendalir itu sendiri, tidak bergantung pada ketumpatan. Nilai yang lebih tinggi bermakna rintangan yang lebih besar.

Formula: τ = μ × (du/dy) di mana τ = tegasan ricih, du/dy = kecerunan halaju

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

Kelikatan dinamik dibahagikan dengan ketumpatan

Kelikatan kinematik mengukur seberapa cepat bendalir mengalir di bawah graviti. Ia mengambil kira kedua-dua rintangan dalaman (kelikatan dinamik) dan jisim per isipadu (ketumpatan). Digunakan apabila aliran yang didorong oleh graviti adalah penting, seperti minyak yang mengalir keluar atau cecair yang dituang.

Formula: ν = μ / ρ di mana μ = kelikatan dinamik, ρ = ketumpatan

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

• μ (dinamik) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (ketumpatan) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Nisbah: ν/μ ≈ 1.0 (air adalah rujukan)

• μ (dinamik) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (ketumpatan) = 850 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Nota: Kinematik adalah 18% lebih tinggi daripada dinamik (disebabkan oleh ketumpatan yang lebih rendah)

• μ (dinamik) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (ketumpatan) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Nota: Sangat likat—1,400× lebih pekat daripada air

• μ (dinamik) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (ketumpatan) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematik) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Nota: Dinamik rendah, kinematik tinggi (gas mempunyai ketumpatan rendah)

Piawaian ASTM D88, digunakan secara meluas di Amerika Utara untuk produk petroleum

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

• Diukur pada suhu tertentu: 100°F (37.8°C) atau 210°F (98.9°C)
• Julat biasa: 31-1000+ SUS
• Contoh: Minyak SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Varian Saybolt Furol (SFS) untuk bendalir yang sangat likat: orifis ×10 lebih besar

Piawaian British IP 70, biasa di UK dan bekas Komanwel

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

• Diukur pada 70°F (21.1°C), 100°F, atau 140°F
• Varian Redwood No. 2 untuk bendalir yang lebih pekat
• Penukaran: RW1 ≈ SUS × 1.15 (anggaran)
• Sebahagian besarnya digantikan oleh piawaian ISO tetapi masih dirujuk dalam spesifikasi lama

Piawaian Jerman DIN 51560, digunakan di Eropah dan industri petroleum

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

• Diukur pada 20°C, 50°C, atau 100°C
• °E = 1.0 untuk air @ 20°C (mengikut definisi)
• Julat biasa: 1.0-20°E
• Contoh: Bahan api diesel ≈ 3-5°E @ 20°C

Eksperimen makmal yang paling lama berjalan di dunia (sejak 1927) di Universiti Queensland menunjukkan pitch (tar) mengalir melalui corong. Ia kelihatan pepejal tetapi sebenarnya adalah cecair berkelikatan sangat tinggi—100 bilion kali lebih likat daripada air! Hanya 9 titis telah jatuh dalam 94 tahun.

Lava basaltik (kelikatan rendah, 10-100 Pa·s) menghasilkan letusan gaya Hawaii yang lembut dengan sungai yang mengalir. Lava riolitik (kelikatan tinggi, 100,000+ Pa·s) menghasilkan letusan gaya Gunung St. Helens yang meletup kerana gas tidak dapat melepaskan diri. Kelikatan secara harfiah membentuk gunung berapi.

Darah adalah 3-4 kali lebih likat daripada air (3-4 cP @ 37°C) disebabkan oleh sel darah merah. Kelikatan darah yang tinggi meningkatkan risiko strok/serangan jantung. Aspirin dos rendah mengurangkan kelikatan dengan menghalang pengagregatan platelet. Ujian kelikatan darah boleh meramalkan penyakit kardiovaskular.

Berbeza dengan mitos popular, tingkap lama tidak lebih tebal di bahagian bawah kerana aliran. Kelikatan kaca pada suhu bilik ialah 10²⁰ Pa·s (satu trilion trilion kali ganda daripada air). Untuk mengalir 1mm akan mengambil masa lebih lama daripada usia alam semesta. Ia adalah pepejal sebenar, bukan cecair yang perlahan.

SAE 10W-30 bermaksud: 10W = kelikatan musim sejuk @ 0°F (aliran suhu rendah), 30 = kelikatan @ 212°F (perlindungan suhu operasi). 'W' adalah untuk musim sejuk (winter), bukan berat (weight). Minyak pelbagai gred menggunakan polimer yang bergelung apabila sejuk (kelikatan rendah) dan mengembang apabila panas (mengekalkan kelikatan).

Pemerhati air mengeksploitasi ketegangan permukaan, tetapi juga memanfaatkan kelikatan air. Pergerakan kaki mereka mencipta pusaran yang menolak rintangan likat, mendorong mereka ke hadapan. Dalam bendalir kelikatan sifar (teori), mereka tidak boleh bergerak—mereka akan tergelincir tanpa cengkaman.

Isaac Newton menerangkan kelikatan dalam Principia Mathematica. Memperkenalkan konsep 'geseran dalaman' dalam bendalir.

Jean Poiseuille mengkaji aliran darah dalam kapilari. Menerbitkan Hukum Poiseuille yang menghubungkan kadar aliran dengan kelikatan.

George Stokes menerbitkan persamaan untuk aliran likat. Membuktikan hubungan antara kelikatan dinamik dan kinematik.

Osborne Reynolds memperkenalkan nombor Reynolds. Menghubungkan kelikatan dengan rejim aliran (laminar vs gelora).

Viskometer Saybolt diseragamkan di Amerika Syarikat. Kaedah cawan efluks menjadi piawaian industri petroleum.

Poise dan stokes dinamakan sebagai unit CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s menjadi piawai.

Eksperimen titisan pitch bermula di Universiti Queensland. Masih berjalan—eksperimen makmal yang paling lama berjalan.

SI menerima pakai Pa·s dan m²/s sebagai unit piawai. Centipoise (cP) dan centistokes (cSt) kekal biasa digunakan.

ASTM D445 menyeragamkan pengukuran kelikatan kinematik. Viskometer kapilari menjadi piawaian industri.

Viskometer putaran membolehkan pengukuran bendalir bukan Newtonan. Penting untuk cat, polimer, makanan.

Viskometer digital mengautomasikan pengukuran. Tab mandi yang dikawal suhu memastikan ketepatan sehingga ±0.01 cSt.

Pemilihan minyak enjin, cecair hidraulik, dan pelinciran galas:

• Gred SAE: 10W-30 bermaksud 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (julat kelikatan kinematik)
• Gred ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (kelikatan kinematik @ 40°C dalam cSt)
• Pemilihan galas: Terlalu nipis = haus, terlalu tebal = geseran/haba
• Indeks Kelikatan (VI): Mengukur kepekaan suhu (lebih tinggi = lebih baik)
• Minyak pelbagai gred: Aditif mengekalkan kelikatan merentasi suhu
• Sistem hidraulik: Lazimnya 32-68 cSt @ 40°C untuk prestasi optimum

Spesifikasi kelikatan bahan api, minyak mentah, dan penapisan:

• Minyak bahan api berat: Diukur dalam cSt @ 50°C (mesti dipanaskan untuk dipam)
• Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (spesifikasi EN 590)
• Klasifikasi minyak mentah: Ringan (<10 cSt), sederhana, berat (>50 cSt)
• Aliran saluran paip: Kelikatan menentukan keperluan kuasa pengepaman
• Gred bahan api bunker: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Proses penapisan: Pemecahan kelikatan mengurangkan pecahan berat

Kawalan kualiti dan pengoptimuman proses:

• Penggredan madu: 2,000-10,000 cP @ 20°C (bergantung pada kelembapan)
• Konsistensi sirap: Sirap mapel 150-200 cP, sirap jagung 2,000+ cP
• Tenusu: Kelikatan krim menjejaskan tekstur dan rasa di mulut
• Coklat: 10,000-20,000 cP @ 40°C (proses penyesuaian)
• Pengkarbonan minuman: Kelikatan menjejaskan pembentukan buih
• Minyak masak: 50-100 cP @ 20°C (takat asap berkolerasi dengan kelikatan)

Cat, pelekat, polimer, dan kawalan proses:

• Kelikatan cat: 70-100 KU (unit Krebs) untuk konsistensi aplikasi
• Salutan semburan: Lazimnya 20-50 cP (terlalu tebal menyumbat, terlalu nipis mengalir)
• Pelekat: 500-50,000 cP bergantung pada kaedah aplikasi
• Leburan polimer: 100-100,000 Pa·s (penyemperitan/pengacuanan)
• Dakwat percetakan: 50-150 cP untuk fleksografi, 1-5 P untuk ofset
• Kawalan kualiti: Kelikatan menunjukkan konsistensi kelompok dan jangka hayat

Kelikatan dinamik (Pa·s, poise) mengukur rintangan dalaman bendalir terhadap ricihan—'kepekatan' mutlaknya. Kelikatan kinematik (m²/s, stokes) ialah kelikatan dinamik dibahagikan dengan ketumpatan—seberapa cepat ia mengalir di bawah graviti. Anda memerlukan ketumpatan untuk menukar antara keduanya: ν = μ/ρ. Fikirkan begini: madu mempunyai kelikatan dinamik yang tinggi (ia pekat), tetapi merkuri juga mempunyai kelikatan kinematik yang tinggi walaupun ia 'cair' (kerana ia sangat tumpat).

Tidak tanpa mengetahui ketumpatan bendalir pada suhu pengukuran. Untuk air berhampiran 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (kerana ketumpatan air ≈ 1 g/cm³). Tetapi untuk minyak enjin (ketumpatan ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Penukar kami menyekat penukaran silang jenis untuk mengelakkan ralat. Gunakan formula ini: cSt = cP / (ketumpatan dalam g/cm³).

Gred kelikatan SAE menentukan julat kelikatan kinematik. '10W' bermaksud ia memenuhi keperluan aliran suhu rendah (W = winter, diuji pada 0°F). '30' bermaksud ia memenuhi keperluan kelikatan suhu tinggi (diuji pada 212°F). Minyak pelbagai gred (seperti 10W-30) menggunakan aditif untuk mengekalkan kelikatan merentasi suhu, tidak seperti minyak gred tunggal (SAE 30) yang menjadi sangat nipis apabila panas.

Saybolt Universal Seconds (SUS) mengukur berapa lama masa yang diambil oleh 60mL bendalir untuk mengalir keluar melalui orifis yang ditentukur. Formula empirikalnya ialah: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (untuk SUS > 32). Sebagai contoh, 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS masih digunakan dalam spesifikasi petroleum walaupun ia adalah kaedah yang lebih lama. Makmal moden menggunakan viskometer kinematik yang mengukur cSt secara langsung mengikut ASTM D445.

Suhu yang lebih tinggi memberikan molekul lebih banyak tenaga kinetik, membolehkan mereka meluncur melepasi satu sama lain dengan lebih mudah. Bagi cecair, kelikatan biasanya menurun 2-10% setiap °C. Minyak enjin pada 20°C mungkin 200 cP tetapi hanya 15 cP pada 100°C (penurunan 13 kali ganda!). Indeks Kelikatan (VI) mengukur kepekaan suhu ini: minyak VI tinggi (100+) mengekalkan kelikatan dengan lebih baik, minyak VI rendah (<50) menjadi sangat nipis apabila dipanaskan.

Kebanyakan sistem hidraulik berfungsi paling baik pada 25-50 cSt @ 40°C. Terlalu rendah (<10 cSt) menyebabkan kebocoran dalaman dan kehausan. Terlalu tinggi (>100 cSt) menyebabkan tindak balas yang lembap, penggunaan kuasa yang tinggi, dan pengumpulan haba. Semak spesifikasi pengeluar pam anda—pam bilah lebih suka 25-35 cSt, pam omboh boleh bertolak ansur dengan 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) adalah minyak hidraulik tujuan am yang paling biasa.

Tiada maksimum teori, tetapi pengukuran praktikal menjadi sukar di atas 1 juta cP (1000 Pa·s). Bitumen/pitch boleh mencapai 100 bilion Pa·s. Sesetengah leburan polimer melebihi 1 juta Pa·s. Pada kelikatan yang melampau, sempadan antara cecair dan pepejal menjadi kabur—bahan-bahan ini menunjukkan kedua-dua aliran likat (seperti cecair) dan pemulihan anjal (seperti pepejal), yang dipanggil viskoelastisitas.

Poise memberi penghormatan kepada Jean Léonard Marie Poiseuille (1840-an), yang mengkaji aliran darah dalam kapilari. Stokes memberi penghormatan kepada George Gabriel Stokes (1850-an), yang menerbitkan persamaan untuk aliran likat dan membuktikan hubungan antara kelikatan dinamik dan kinematik. Satu reyn (paun-daya saat per inci persegi) dinamakan sempena Osbourne Reynolds (1880-an), yang terkenal dengan nombor Reynolds dalam dinamik bendalir.