Quina diferència hi ha entre la viscositat dinàmica i la viscositat cinemàtica?

La viscositat és una propietat fonamental del material quan s'estudia el flux de fluids en qualsevol aplicació. Els dos tipus de viscositat més comuns són la dinàmica i la cinemàtica. La relació entre aquestes dues propietats és molt senzilla.

La viscositat dinàmica (també anomenada viscositat absoluta) és una mesura de la resistència interna d'un fluid al flux, mentre que la viscositat cinemàtica és la relació entre la viscositat dinàmica i la densitat. A partir de l'expressió anterior, dos fluids amb la mateixa viscositat dinàmica poden tenir una viscositat cinemàtica molt diferent segons la densitat i viceversa. Per tant, no sempre és fàcil entendre el significat físic de les propietats d'aquests dos materials.

En poques paraules, la viscositat dinàmica us proporciona informació sobre la força necessària per fer fluir un fluid a una velocitat específica, mentre que la viscositat cinemàtica indica la rapidesa amb què flueix un fluid quan s'aplica una força específica.

La resistència interna al flux de fluid (viscositat dinàmica) significa que hi ha forces implicades en el desplaçament del fluid. Aquesta força (F) és proporcional a:

1) Velocitat de cisalla (SR)

2) Superfície (A)

3) Viscositat dinàmica (η)

F=ηA ×SR

En l'expressió anterior (llei de la viscositat de Newton), la viscositat dinàmica s'utilitza com a constant de proporcionalitat entre l'esforç F/A i la taxa de deformació o velocitat de cisalla. Una altra manera de pensar la viscositat cinemàtica és adonar-se que té un coeficient de difusió [cm 2 / s]. Per aquest motiu, la viscositat cinemàtica de vegades s'anomena difusivitat del moment, anàloga a la difusivitat de la calor i la massa. En aquest sentit, la viscositat dinàmica és una propietat més fonamental, mentre que la viscositat cinemàtica és una propietat derivada.

Històricament, el mètode de mesura de la viscositat escollit era la viscositat cinemàtica perquè no implica mesurar la força. En la majoria de viscosímetres "cinemàtics", el flux de fluid és impulsat per la gravetat (g). Aquests mètodes (capil·lar, embut...) simplement mesuren el temps que triga un fluid a fluir per una geometria determinada. Els viscosímetres més precisos es basen en mesurar l'esforç de tall a una velocitat de cisalla determinada. Això permet una caracterització més completa de l'empremta digital de viscositat (és a dir, viscositat versus velocitat de cisalla) de fluids complexos no newtonians.

Una altra diferència entre aquestes dues propietats és la singularitat de les seves unitats. Les unitats de viscositat dinàmica són ben MPa-s en unitats SI i CP equivalent (centímetres) en CGS. D'altra banda, les unitats més habituals de viscositat cinemàtica són les unitats SI en centímetres per segon i CGS en centistokes (tub centímetre), però també depèn de la indústria o aplicació si es mesura en més d'una unitat arbitrària. Aquest és el cas de Saybolt Universal Seconds (SUS) a la indústria del petroli, on el temps necessari perquè 60 cm3 de fluid flueixin per un tub de calibratge a 38 graus s'utilitza com a mesura de viscositat. Un altre exemple és utilitzar una "tassa" per mesurar el temps que triga una mostra determinada a fluir per un embut d'una geometria determinada. Aquests mètodes s'utilitzen sovint com a mesuradors d'índex de viscositat perquè no donen resultats consistents que es puguin compartir entre diferents laboratoris.

Aleshores, quin hauríeu d'utilitzar? Si esteu interessats en les interaccions entre molècules que es poden explicar en termes d'estrès mecànic, aleshores la viscositat dinàmica és més adequada. Per exemple, la viscositat dinàmica pot determinar l'efecte dels canvis de formulació sobre les interaccions moleculars i la viscositat. En canvi, la viscositat cinemàtica s'ha convertit en l'estàndard a la indústria del petroli a causa de la simplicitat del viscosímetre cinemàtic. Per aquest motiu, la viscositat cinemàtica és més convenient quan l'interès està en els camps de moviment i velocitat del fluid, ja que porta informació sobre la propagació del moviment causada per la fricció.