Mäter internt motstånd mot skjuvspänning

Dynamisk viskositet (även kallad absolut viskositet) kvantifierar hur mycket kraft som behövs för att flytta ett vätskelager förbi ett annat. Det är vätskans inneboende egenskap, oberoende av densitet. Högre värden betyder mer motstånd.

Formel: τ = μ × (du/dy) där τ = skjuvspänning, du/dy = hastighetsgradient

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

Dynamisk viskositet delat med densitet

Kinematisk viskositet mäter hur snabbt en vätska flyter under inverkan av tyngdkraften. Den tar hänsyn till både internt motstånd (dynamisk viskositet) och massa per volym (densitet). Används när tyngdkraftsdrivet flöde är viktigt, som vid oljeavtappning eller vätskehällning.

Formel: ν = μ / ρ där μ = dynamisk viskositet, ρ = densitet

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

• μ (dynamisk) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densitet) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Förhållande: ν/μ ≈ 1.0 (vatten är referens)

• μ (dynamisk) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densitet) = 850 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Notera: Kinematisk är 18% högre än dynamisk (på grund av lägre densitet)

• μ (dynamisk) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densitet) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Notera: Mycket viskös—1,400 gånger tjockare än vatten

• μ (dynamisk) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densitet) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematisk) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Notera: Låg dynamisk, hög kinematisk (gaser har låg densitet)

ASTM D88-standard, vida använd i Nordamerika för petroleumprodukter

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (giltig för SUS > 32)

• Mätt vid specifika temperaturer: 100°F (37.8°C) eller 210°F (98.9°C)
• Vanligt intervall: 31-1000+ SUS
• Exempel: SAE 30-olja ≈ 300 SUS @ 100°F
• Saybolt Furol (SFS)-variant för mycket viskösa vätskor: ×10 större öppning

Brittisk IP 70-standard, vanlig i Storbritannien och tidigare Samväldet

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (giltig för RW1 > 34)

• Mätt vid 70°F (21.1°C), 100°F eller 140°F
• Redwood No. 2-variant för tjockare vätskor
• Omvandling: RW1 ≈ SUS × 1.15 (ungefärlig)
• Till stor del ersatt av ISO-standarder men hänvisas fortfarande till i äldre specifikationer

Tysk DIN 51560-standard, används i Europa och petroleumindustrin

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (giltig för °E > 1.2)

• Mätt vid 20°C, 50°C eller 100°C
• °E = 1.0 för vatten @ 20°C (per definition)
• Vanligt intervall: 1.0-20°E
• Exempel: Dieselbränsle ≈ 3-5°E @ 20°C

Världens längsta pågående laboratorieexperiment (sedan 1927) vid University of Queensland visar beck (tjära) som flyter genom en tratt. Det ser fast ut men är i själva verket en vätska med extremt hög viskositet—100 miljarder gånger mer viskös än vatten! Endast 9 droppar har fallit på 94 år.

Basaltisk lava (låg viskositet, 10-100 Pa·s) skapar milda utbrott i hawaiiansk stil med flytande floder. Rhyolitisk lava (hög viskositet, 100,000+ Pa·s) skapar explosiva utbrott i Mount St. Helens-stil eftersom gaser inte kan fly. Viskositeten formar bokstavligen vulkaniska berg.

Blod är 3-4 gånger mer visköst än vatten (3-4 cP @ 37°C) på grund av röda blodkroppar. Hög blodviskositet ökar risken för stroke/hjärtinfarkt. Lågdos-aspirin minskar viskositeten genom att förhindra trombocytaggregation. Blodviskositetstest kan förutsäga hjärt- och kärlsjukdomar.

I motsats till den populära myten är inte gamla fönster tjockare nedtill på grund av flöde. Glasets viskositet vid rumstemperatur är 10²⁰ Pa·s (en biljon biljoner gånger mer än vatten). Att flyta 1 mm skulle ta längre tid än universums ålder. Det är ett verkligt fast ämne, inte en långsam vätska.

SAE 10W-30 betyder: 10W = vinterviskositet @ 0°F (lågtemperaturflöde), 30 = viskositet @ 212°F (skydd vid driftstemperatur). 'W' står för vinter, inte vikt (weight). Multigrade-oljor använder polymerer som rullar ihop sig när det är kallt (låg viskositet) och expanderar när det är varmt (bibehåller viskositeten).

Skräddare utnyttjar ytspänning, men drar också nytta av vattnets viskositet. Deras benrörelser skapar virvlar som trycker mot det viskösa motståndet och driver dem framåt. I en vätska med noll viskositet (teoretiskt) skulle de inte kunna röra sig—de skulle halka utan fäste.

Isaac Newton beskriver viskositet i Principia Mathematica. Introducerar begreppet 'inre friktion' i vätskor.

Jean Poiseuille studerar blodflödet i kapillärer. Härleder Poiseuilles lag som relaterar flödeshastighet till viskositet.

George Stokes härleder ekvationer för visköst flöde. Bevisar förhållandet mellan dynamisk och kinematisk viskositet.

Osborne Reynolds introducerar Reynolds tal. Relaterar viskositet till flödesregim (laminär vs. turbulent).

Saybolt-viskosimetern standardiseras i USA. Utflödesbägarmetoden blir standard inom petroleumindustrin.

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

Beckdroppsexperimentet börjar vid University of Queensland. Pågår fortfarande—det längsta laboratorieexperimentet någonsin.

SI antar Pa·s och m²/s som standardenheter. Centipoise (cP) och centistokes (cSt) förblir vanliga.

ASTM D445 standardiserar mätning av kinematisk viskositet. Kapillärviskosimetern blir industristandard.

Rotationsviskosimetrar möjliggör mätning av icke-newtonska vätskor. Viktigt för färg, polymerer, livsmedel.

Digitala viskosimetrar automatiserar mätningen. Temperaturkontrollerade bad säkerställer en noggrannhet på ±0.01 cSt.

Val av motorolja, hydraulvätska och lagersmörjning:

• SAE-grader: 10W-30 betyder 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (kinematiska viskositetsintervall)
• ISO VG-grader: VG 32, VG 46, VG 68 (kinematisk viskositet @ 40°C i cSt)
• Lagervalg: För tunn = slitage, för tjock = friktion/värme
• Viskositetsindex (VI): Mäter temperaturkänslighet (högre = bättre)
• Multigrade-oljor: Tillsatser bibehåller viskositeten över olika temperaturer
• Hydraulsystem: Typiskt 32-68 cSt @ 40°C för optimal prestanda

Viskositetsspecifikationer för bränsle, råolja och raffinering:

• Tung eldningsolja: Mäts i cSt @ 50°C (måste värmas för att kunna pumpas)
• Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (EN 590-specifikation)
• Råoljeklassificering: Lätt (<10 cSt), medel, tung (>50 cSt)
• Rörledningsflöde: Viskositeten bestämmer pumpkraftbehovet
• Bunkerbränslegrader: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Raffineringsprocess: Viskositetsbrytning minskar tunga fraktioner

Kvalitetskontroll och processoptimering:

• Honungsklassificering: 2,000-10,000 cP @ 20°C (beroende på fuktighet)
• Sirapskonsistens: Lönnsirap 150-200 cP, majssirap 2,000+ cP
• Mejeriprodukter: Gräddens viskositet påverkar textur och munkänsla
• Choklad: 10,000-20,000 cP @ 40°C (tempereringsprocess)
• Kolsyrning av drycker: Viskositeten påverkar bubbelbildningen
• Matlagningsolja: 50-100 cP @ 20°C (rykpunkt korrelerar med viskositet)

Färg, lim, polymerer och processkontroll:

• Färgviskositet: 70-100 KU (Krebs-enheter) för appliceringskonsistens
• Sprutlackering: Typiskt 20-50 cP (för tjock täpper till, för tunn rinner)
• Lim: 500-50,000 cP beroende på appliceringsmetod
• Polymersmältor: 100-100,000 Pa·s (extrudering/formning)
• Tryckfärg: 50-150 cP för flexografi, 1-5 P för offset
• Kvalitetskontroll: Viskositeten indikerar batchkonsistens och hållbarhet

Dynamisk viskositet (Pa·s, poise) mäter en vätskas interna motstånd mot skjuvning—dess absoluta 'tjocklek'. Kinematisk viskositet (m²/s, stokes) är dynamisk viskositet delat med densitet—hur snabbt den flyter under tyngdkraft. Du behöver densiteten för att konvertera mellan dem: ν = μ/ρ. Tänk på det så här: honung har hög dynamisk viskositet (den är tjock), men kvicksilver har också hög kinematisk viskositet trots att det är 'tunt' (eftersom det är mycket tätt).

Inte utan att känna till vätskans densitet vid mättemperaturen. För vatten nära 20°C är 1 cP ≈ 1 cSt (eftersom vattnets densitet är ≈ 1 g/cm³). Men för motorolja (densitet ≈ 0.9) är 90 cP = 100 cSt. Vår omvandlare blockerar konverteringar mellan typer för att förhindra fel. Använd denna formel: cSt = cP / (densitet i g/cm³).

SAE-viskositetsgrader specificerar kinematiska viskositetsintervall. '10W' betyder att den uppfyller kraven för lågtemperaturflöde (W = winter, testad vid 0°F). '30' betyder att den uppfyller kraven för högtemperaturviskositet (testad vid 212°F). Multigrade-oljor (som 10W-30) använder tillsatser för att bibehålla viskositeten över olika temperaturer, till skillnad från single-grade-oljor (SAE 30) som blir dramatiskt tunnare när de blir varma.

Saybolt Universal Seconds (SUS) mäter hur lång tid det tar för 60 ml vätska att rinna genom en kalibrerad öppning. Den empiriska formeln är: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (för SUS > 32). Till exempel är 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS används fortfarande i petroleumspecifikationer trots att det är en äldre metod. Moderna laboratorier använder kinematiska viskosimetrar som direkt mäter cSt enligt ASTM D445.

Högre temperatur ger molekyler mer kinetisk energi, vilket gör att de lättare kan glida förbi varandra. För vätskor sjunker viskositeten vanligtvis 2-10% per °C. Motorolja vid 20°C kan vara 200 cP men endast 15 cP vid 100°C (en 13-faldig minskning!). Viskositetsindex (VI) mäter denna temperaturkänslighet: oljor med högt VI (100+) bibehåller sin viskositet bättre, oljor med lågt VI (<50) blir dramatiskt tunnare vid uppvärmning.

De flesta hydraulsystem fungerar bäst vid 25-50 cSt @ 40°C. För låg (<10 cSt) orsakar intern läckage och slitage. För hög (>100 cSt) orsakar trög respons, hög strömförbrukning och värmeutveckling. Kontrollera din pumptillverkares specifikationer—lamellpumpar föredrar 25-35 cSt, kolvpumpar tolererar 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) är den vanligaste allmänna hydrauloljan.

Det finns ingen teoretisk maxgräns, men praktiska mätningar blir svåra över 1 miljon cP (1000 Pa·s). Bitumen/beck kan nå 100 miljarder Pa·s. Vissa polymersmältor överstiger 1 miljon Pa·s. Vid extrema viskositeter blir gränsen mellan vätska och fast ämne suddig—dessa material uppvisar både visköst flöde (som vätskor) och elastisk återhämtning (som fasta ämnen), vilket kallas viskoelasticitet.

Poise hedrar Jean Léonard Marie Poiseuille (1840-talet), som studerade blodflödet i kapillärer. Stokes hedrar George Gabriel Stokes (1850-talet), som härledde ekvationerna för visköst flöde och bevisade förhållandet mellan dynamisk och kinematisk viskositet. En reyn (pund-kraft sekund per kvadrattum) är uppkallad efter Osbourne Reynolds (1880-talet), känd för Reynolds tal i fluiddynamik.