Måler intern motstand mot skjærspenning

Dynamisk viskositet (også kalt absolutt viskositet) kvantifiserer hvor mye kraft som trengs for å flytte ett lag væske forbi et annet. Det er væskens iboende egenskap, uavhengig av tetthet. Høyere verdier betyr mer motstand.

Formel: τ = μ × (du/dy) hvor τ = skjærspenning, du/dy = hastighetsgradient

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

Dynamisk viskositet delt på tetthet

Kinematisk viskositet måler hvor raskt en væske flyter under tyngdekraftens påvirkning. Den tar hensyn til både intern motstand (dynamisk viskositet) og masse per volum (tetthet). Brukes når tyngdekraftdrevet strømning er viktig, som for eksempel olje som drenerer eller væske som helles.

Formel: ν = μ / ρ hvor μ = dynamisk viskositet, ρ = tetthet

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

• μ (dynamisk) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (tetthet) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Forhold: ν/μ ≈ 1.0 (vann er referansen)

• μ (dynamisk) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (tetthet) = 850 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Merk: Kinematisk er 18% høyere enn dynamisk (på grunn av lavere tetthet)

• μ (dynamisk) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (tetthet) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Merk: Veldig viskøs—1.400 ganger tykkere enn vann

• μ (dynamisk) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (tetthet) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Merk: Lav dynamisk, høy kinematisk (gasser har lav tetthet)

ASTM D88-standard, mye brukt i Nord-Amerika for petroleumsprodukter

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (gyldig for SUS > 32)

• Målt ved spesifikke temperaturer: 100°F (37.8°C) eller 210°F (98.9°C)
• Vanlig område: 31-1000+ SUS
• Eksempel: SAE 30-olje ≈ 300 SUS @ 100°F
• Saybolt Furol (SFS)-variant for svært viskøse væsker: ×10 større åpning

Britisk IP 70-standard, vanlig i Storbritannia og tidligere Samveldet

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (gyldig for RW1 > 34)

• Målt ved 70°F (21.1°C), 100°F eller 140°F
• Redwood No. 2-variant for tykkere væsker
• Konvertering: RW1 ≈ SUS × 1.15 (omtrentlig)
• Stort sett erstattet av ISO-standarder, men det refereres fortsatt til i eldre spesifikasjoner

Tysk DIN 51560-standard, brukt i Europa og petroleumindustrien

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (gyldig for °E > 1.2)

• Målt ved 20°C, 50°C eller 100°C
• °E = 1.0 for vann @ 20°C (per definisjon)
• Vanlig område: 1.0-20°E
• Eksempel: Diesel ≈ 3-5°E @ 20°C

Verdens lengstvarende laboratorieeksperiment (siden 1927) ved University of Queensland viser bek (tjære) som flyter gjennom en trakt. Det ser fast ut, men er faktisk en væske med ekstremt høy viskositet—100 milliarder ganger mer viskøs enn vann! Kun 9 dråper har falt på 94 år.

Basaltisk lava (lav viskositet, 10-100 Pa·s) skaper milde utbrudd i hawaiisk stil med flytende elver. Rhyolittisk lava (høy viskositet, 100 000+ Pa·s) skaper eksplosive utbrudd i Mount St. Helens-stil fordi gasser ikke kan unnslippe. Viskositet former bokstavelig talt vulkanske fjell.

Blod er 3-4 ganger mer viskøst enn vann (3-4 cP @ 37°C) på grunn av røde blodceller. Høy blodviskositet øker risikoen for slag/hjerteinfarkt. Lavdose aspirin reduserer viskositeten ved å forhindre blodplateaggregering. Blodviskositetstesting kan forutsi hjerte- og karsykdommer.

I motsetning til den populære myten er ikke gamle vinduer tykkere i bunnen på grunn av flyt. Glassviskositet ved romtemperatur er 10²⁰ Pa·s (en billion billioner ganger mer enn vann). Å flyte 1 mm ville ta lengre tid enn universets alder. Det er et ekte fast stoff, ikke en langsom væske.

SAE 10W-30 betyr: 10W = vinterviskositet @ 0°F (lavtemperatur-flyt), 30 = viskositet @ 212°F (beskyttelse ved driftstemperatur). 'W' står for vinter (winter), ikke vekt (weight). Multigrade-oljer bruker polymerer som krøller seg sammen når det er kaldt (lav viskositet) og utvider seg når det er varmt (opprettholder viskositeten).

Vannløpere utnytter overflatespenning, men også vannets viskositet. Benbevegelsene deres skaper virvler som skyver mot den viskøse motstanden og driver dem fremover. I en væske med null viskositet (teoretisk) kunne de ikke bevege seg—de ville gli uten feste.

Isaac Newton beskriver viskositet i Principia Mathematica. Introduserer konseptet 'intern friksjon' i væsker.

Jean Poiseuille studerer blodstrøm i kapillærer. Utleder Poiseuilles lov som relaterer strømningshastighet til viskositet.

George Stokes utleder ligninger for viskøs strømning. Beviser forholdet mellom dynamisk og kinematisk viskositet.

Osborne Reynolds introduserer Reynolds-tallet. Relaterer viskositet til strømningsregime (laminær vs. turbulent).

Saybolt-viskosimeter standardiseres i USA. Utløpsbeger-metoden blir petroleumindustriens standard.

Poise og stokes navngis som CGS-enheter. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s blir standard.

Bekdråpeeksperimentet starter ved University of Queensland. Pågår fortsatt—det lengstvarende laboratorieeksperimentet noensinne.

SI vedtar Pa·s og m²/s som standardenheter. Centipoise (cP) og centistokes (cSt) forblir vanlige.

ASTM D445 standardiserer måling av kinematisk viskositet. Kapillærviskosimeter blir industristandard.

Rotasjonsviskosimetre muliggjør måling av ikke-newtonske væsker. Viktig for maling, polymerer, matvarer.

Digitale viskosimetre automatiserer måling. Temperaturkontrollerte bad sikrer nøyaktighet til ±0.01 cSt.

Valg av motorolje, hydraulikkvæske og lagersmøring:

• SAE-grader: 10W-30 betyr 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (kinematiske viskositetsområder)
• ISO VG-grader: VG 32, VG 46, VG 68 (kinematisk viskositet @ 40°C i cSt)
• Lagervalg: For tynn = slitasje, for tykk = friksjon/varme
• Viskositetsindeks (VI): Måler temperaturfølsomhet (høyere = bedre)
• Multigrade-oljer: Tilsetningsstoffer opprettholder viskositeten over temperaturer
• Hydrauliske systemer: Typisk 32-68 cSt @ 40°C for optimal ytelse

Viskositetsspecifikasjoner for drivstoff, råolje og raffinering:

• Tung fyringsolje: Målt i cSt @ 50°C (må varmes for å kunne pumpes)
• Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (EN 590-spec)
• Råoljeklassifisering: Lett (<10 cSt), middels, tung (>50 cSt)
• Rørledningsstrømning: Viskositet bestemmer pumpekraftbehov
• Bunkerdrivstoffgrader: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Raffineringsprosess: Viskositetsbryting reduserer tunge fraksjoner

Kvalitetskontroll og prosessoptimalisering:

• Honningklassifisering: 2.000-10.000 cP @ 20°C (avhengig av fuktighet)
• Sirupkonsistens: Lønnesirup 150-200 cP, maissirup 2.000+ cP
• Meieriprodukter: Fløtens viskositet påvirker tekstur og munnfølelse
• Sjokolade: 10.000-20.000 cP @ 40°C (tempereringsprosess)
• Karbonisering av drikkevarer: Viskositet påvirker bobledannelse
• Matolje: 50-100 cP @ 20°C (røykpunkt korrelerer med viskositet)

Maling, lim, polymerer og prosesskontroll:

• Malingsviskositet: 70-100 KU (Krebs-enheter) for påføringskonsistens
• Sprøytebelegg: Typisk 20-50 cP (for tykk tetter, for tynn renner)
• Lim: 500-50.000 cP avhengig av påføringsmetode
• Polymersmelter: 100-100.000 Pa·s (ekstrudering/støping)
• Trykksverte: 50-150 cP for flexografi, 1-5 P for offset
• Kvalitetskontroll: Viskositet indikerer batchkonsistens og holdbarhet

Dynamisk viskositet (Pa·s, poise) måler væskens interne motstand mot skjær—dens absolutte 'tykkelse'. Kinematisk viskositet (m²/s, stokes) er dynamisk viskositet delt på tetthet—hvor raskt den flyter under tyngdekraft. Du trenger tettheten for å konvertere mellom dem: ν = μ/ρ. Tenk på det slik: honning har høy dynamisk viskositet (den er tykk), men kvikksølv har også høy kinematisk viskositet selv om det er 'tynt' (fordi det er veldig tett).

Ikke uten å kjenne væskens tetthet ved måletemperaturen. For vann nær 20°C er 1 cP ≈ 1 cSt (fordi vannets tetthet er ≈ 1 g/cm³). Men for motorolje (tetthet ≈ 0.9) er 90 cP = 100 cSt. Vår omformer blokkerer konverteringer på tvers av typer for å forhindre feil. Bruk denne formelen: cSt = cP / (tetthet i g/cm³).

SAE-viskositetsgrader spesifiserer kinematiske viskositetsområder. '10W' betyr at den oppfyller kravene til lavtemperatur-flyt (W = winter, testet ved 0°F). '30' betyr at den oppfyller kravene til høytemperatur-viskositet (testet ved 212°F). Multigrade-oljer (som 10W-30) bruker tilsetningsstoffer for å opprettholde viskositeten over temperaturer, i motsetning til single-grade oljer (SAE 30) som blir dramatisk tynnere når de blir varme.

Saybolt Universal Seconds (SUS) måler hvor lang tid det tar for 60 ml væske å renne gjennom en kalibrert åpning. Den empiriske formelen er: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (for SUS > 32). For eksempel er 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS brukes fortsatt i petroleumspesifikasjoner selv om det er en eldre metode. Moderne laboratorier bruker kinematiske viskosimetre som direkte måler cSt per ASTM D445.

Høyere temperatur gir molekyler mer kinetisk energi, slik at de lettere kan gli forbi hverandre. For væsker synker viskositeten vanligvis 2-10% per °C. Motorolje ved 20°C kan være 200 cP, men bare 15 cP ved 100°C (en 13-dobbel reduksjon!). Viskositetsindeks (VI) måler denne temperaturfølsomheten: oljer med høy VI (100+) opprettholder viskositeten bedre, oljer med lav VI (<50) blir dramatisk tynnere ved oppvarming.

De fleste hydrauliske systemer fungerer best ved 25-50 cSt @ 40°C. For lav (<10 cSt) forårsaker intern lekkasje og slitasje. For høy (>100 cSt) forårsaker treg respons, høyt strømforbruk og varmeoppbygging. Sjekk pumpeprodusentens spesifikasjoner—vingepumper foretrekker 25-35 cSt, stempelpumper tåler 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) er den vanligste generelle hydraulikkoljen.

Det er ingen teoretisk maksgrense, men praktiske målinger blir vanskelige over 1 million cP (1000 Pa·s). Bitumen/bek kan nå 100 milliarder Pa·s. Noen polymersmelter overstiger 1 million Pa·s. Ved ekstreme viskositeter blir grensen mellom væske og fast stoff uklar—disse materialene viser både viskøs strømning (som væsker) og elastisk gjenoppretting (som faste stoffer), kalt viskoelastisitet.

Poise hedrer Jean Léonard Marie Poiseuille (1840-årene), som studerte blodstrøm i kapillærer. Stokes hedrer George Gabriel Stokes (1850-årene), som utledet ligningene for viskøs strømning og beviste forholdet mellom dynamisk og kinematisk viskositet. En reyn (pund-kraft sekund per kvadrattomme) er oppkalt etter Osbourne Reynolds (1880-årene), kjent for Reynolds-tallet i fluiddynamikk.