Qual è la differenza tra viscosità dinamica e cinematica?

La viscosità è una proprietà materiale fondamentale quando si studia il flusso dei fluidi in qualsiasi applicazione. I due tipi più comuni di viscosità sono dinamica e cinematica. La relazione tra queste due proprietà è molto semplice.

La viscosità dinamica (chiamata anche viscosità assoluta) è una misura della resistenza interna di un fluido al flusso, mentre la viscosità cinematica è il rapporto tra viscosità dinamica e densità. In base all'espressione sopra riportata, due fluidi con la stessa viscosità dinamica possono avere viscosità cinematiche molto diverse a seconda della densità e viceversa. Pertanto non è sempre facile cogliere il significato fisico delle proprietà di questi due materiali.

In poche parole, la viscosità dinamica fornisce informazioni sulla forza richiesta per far scorrere un fluido a una velocità specifica, mentre la viscosità cinematica indica la velocità con cui un fluido scorre quando viene applicata una forza specifica.

La resistenza interna al flusso del fluido (viscosità dinamica) significa che ci sono forze coinvolte nello spostamento del fluido. Questa forza (F) è proporzionale a:

1) Tasso di taglio (SR)

2) Superficie (A)

3) Viscosità dinamica (η)

F=ηA ×SR

Nell'espressione di cui sopra (legge della viscosità di Newton), la viscosità dinamica viene utilizzata come costante di proporzionalità tra la sollecitazione F/A e la velocità di deformazione o velocità di taglio. Un altro modo di pensare alla viscosità cinematica è rendersi conto che ha un coefficiente di diffusione [cm 2 / s]. Per questo motivo, la viscosità cinematica è talvolta chiamata diffusività della quantità di moto, analoga alla diffusività del calore e della massa. In questo senso, la viscosità dinamica è una proprietà più fondamentale, mentre la viscosità cinematica è una proprietà derivata.

Storicamente, il metodo di misurazione della viscosità preferito era la viscosità cinematica perché non comporta la misurazione della forza. Nella maggior parte dei viscosimetri "cinematici", il flusso del fluido è guidato dalla gravità (g). Questi metodi (capillare, imbuto...) misurano semplicemente il tempo necessario affinché un fluido scorra attraverso una determinata geometria. Viscosimetri più accurati si basano sulla misurazione dello stress di taglio a una determinata velocità di taglio. Ciò consente una caratterizzazione più completa dell'impronta della viscosità (cioè viscosità rispetto alla velocità di taglio) di fluidi complessi non newtoniani.

Un'altra differenza tra queste due proprietà è l'unicità delle loro unità. Le unità di viscosità dinamica sono ben MPa-s nelle unità SI e CP equivalenti (centimetri) in CGS. D'altra parte, le unità più comuni di viscosità cinematica sono le unità SI in centimetri al secondo e CGS in centistokes (tubo in centimetri), ma dipende anche dal settore o dall'applicazione se viene misurata in più di un'unità arbitraria. Questo è il caso di Saybolt Universal Seconds (SUS) nell'industria petrolifera, dove il tempo necessario affinché 60 cm3 di fluido scorrano attraverso un tubo di calibrazione a 38 gradi viene utilizzato come misura della viscosità. Un altro esempio è l'utilizzo di una "tazza" per misurare il tempo impiegato da un dato campione per fluire attraverso un imbuto di una data geometria. Questi metodi vengono spesso utilizzati come misuratori dell'indice di viscosità perché non forniscono risultati coerenti che possano essere condivisi tra diversi laboratori.

Quindi quale dovresti usare? Se sei interessato alle interazioni tra molecole che possono essere spiegate in termini di stress meccanico, allora la viscosità dinamica è più appropriata. Ad esempio, la viscosità dinamica può determinare l'effetto dei cambiamenti di formulazione sulle interazioni molecolari e sulla viscosità. Al contrario, la viscosità cinematica è diventata lo standard nell'industria petrolifera grazie alla semplicità del viscosimetro cinematico. Per questo motivo, la viscosità cinematica è più conveniente quando l'interesse è rivolto al movimento dei fluidi e ai campi di velocità, poiché trasporta informazioni sulla propagazione del movimento causato dall'attrito.