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2012년 11월 27일 화요일

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점도와 동점도 (Viscosity & Kinematic Viscosity), 점도지수 (Viscosity Index)

점도와 동점도 (Viscosity & Kinematic Viscosity) ,점도지수 (Viscosity Index) 간단한 설명

점도는 정해진 방법에 따라 측정후 기록.
동점도는 점도를 그유체의 밀도로 나눔.
점도지수는 기준되는 2가지 오일의 40도와 100도 사이의 점도변화 기울기로서, 점도변화가 적으면 점도지수 높음, 변화가 많으면 점도지수 낮음 (점도지수가 높으면 온도에 따른 점도변화가 적으므로, 온도변화가 있더라도 기대하는 윤활효과를 얻기가 좋음)

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 시험관등을 이용한 점도 측정
http://medi.nvrqs.go.kr/homep/process/file/1079/1133_make.html

http://www.kfda.go.kr/fa/index.do?nMenuCode=2&page_gubun=1&com_serial=9&&serialno=34


점도측정용 계측기
http://www.naiza.com/list.html?keyword=%C1%A1%B5%B5%20%C3%F8%C1%A4%B1%E2&locate=%BF%EF%BB%EA

기본적으로 오일 점도는 여러 형태의 점도계로 측정한다. 일정량의 오일이 정해진 조건에서 표준 오리피스나 모세관을 통과하기 위해 소요된 시간으로 결정된다. 점도의 절대 단위는 Poise인데 1 Poise는 단위 접촉 면적당 단위 유막 두께의 단위 전단력을 유지시키는 1 g 의 힘을 나타낸다.  실제적으로 Poise의 1/100인 Centipoise가 주로 사용된다

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점도 와 동점도 (Viscosity & Kinematic Viscosity)
  

점도란 유동성을 나타내는 중요한 성질로 유체를 이동시키려할때 나타나는 내부저항을
말함이며 역학점도(dynamic viscosity) 또는 절대점도(absolute viscosity)라고도 부른다.
이는 동점도(kinematic viscosity)와 구분하기 위함이며 동점도는 점도를 그유체의 밀도로
나누어 구한다.
절대점도는 유체 그자체의 고유한 점성저항력을 나타내며 동점도는 배관(pipe line)내부에 흐르는 유체의 이동이나 페인트의 도장공정등에서는 매우 중요한 지표가 된다.
점도는 P로 표시하고 단위는 g/㎠.s 인데 유체의 특성을 표현하기에는 너무커서 1/00로 줄여서
cP로 쓴다.
동점도는 St로 표시하고 단위는 ㎠/s 이며 이도 1/100로 줄여서 cSt로 사용한다. (물은 20℃에서
약 1cSt 임)

국제단위계(Systeme International,불어)에서는 센티포이즈 와 센티스토크로 표기한다.
1 cP = 0.01 P = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s
1 cSt = 0.01 St = 0.000001 ㎡/s = 1 ㎟/s

주로 미국에서 사용되는 SUS(Saybolt Universal Viscosity)는 60cc의 시료유가 유출하는 시간을 표시하고 일본과 영국에서는 Redwood 점도가 사용되며 유럽에서는 Engler점도를 사용하는데
이는 200cc 시료유의 유출시간을 20℃, 물의 유출시간으로 나눈값이다.




동점도(kinematic viscosity)란?

점도(Viscosity)는 유체의 끈끈한 정도를 나타내는 물리적 단위이다. 전단응력(shear stress)와 전단율 (shear rate)의 비율로 표현된다. 외부에서 가해지는 힘(스트레스)에 저항하는 정도를 말한다. 막대기로 점도가 서로 다른 유체를 휘젓는 것으로 그 저항(점도)을 비유할 수 있다. 점도는 역학점도(dynamic viscosity)또는 절대점도 (absolute viscosity) 라고도 부르기도 하는데 이는 동점도 (kinematic viscosity)라는 정의가 서로 다른 용어와 구분하기 위한 것이다. 동점도는 점도를 그 유체의 밀도(density)로 나누어 주는 정의를 따른다.

동점도의 용도는 예를 들어 관내에 흐르는 유체의 유속에 따른 압력강하를 계산한다던지... 속도분포 및 경계조건을 구할 때 사용됩니다. 즉 운동하는 유체의 역학적 계산에 쓰인다.


동점도(kinematic viscosity)의 계산식 및 용도에 관해서...

동점도를 알아보기 위해 점도가 무엇인지에 대해 알아보도록 하겠습니다.
점도란 '점도란 유동성을 나타내는 중요한 성질로 유체를 이동시키려 할 때 나타나는 내부 저항'을 말합니다. 이론적으로 절대점도와 동점도가 있어 그 상호관계는 다음과 같습니다.

동점도 = 절대점도/밀도

동점도 : 일반적으로 윤활유에서 점도라 하면 동점도를 말하며, cSt 단위로 된 것을 가장 일반적으로 사용합니다. 동점도의 단위로서 cSt 이외에 다음의 것들이 있습니다.

① cSt (Kinematic Viscosity)
동점도를 C. G. S 단위로 표시한 것을 Stocks 하며 그1/100을 취하여 Centistoke(cSt)로 나타냅니다. 측정온도는 ISO(International Standard Organization) 점도분류에 의해 40℃와 100℃이며 세계 공통적으로 사용하고 있습니다.

②°E(Engler Viscosity)
200cc의 대상 시료유의 유출시간을 20℃의 물의 유출시간의 비로 나눈 것으로 측정온도는 20℃, 50℃, 100℃로서 주로 유럽지역에서 사용되고 있습니다.

③ SUS or SSU(Saybolt Universal Viscosity)
60cc의 대상 시료유가 유출하는 시간의 비로 나눈 것으로 측정온도는 100℉, 130℉, 210℉로서 주로 미국에서 사용되고 있습니다.


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점도 cps를 cst로, cst를 cps로 변환하는 법

점도인 cP(센티포아즈)를 동점도인 cSt(센티스토크,Centistokes) 으로 변환하려면, 비중(밀도)으로 나누어야 합니다.

동점도 = 점도 / 밀도

1 cSt = 1 cP / (밀도) g/cm3

밀도가 1 g/cm3인 경우는 1cP가 1cSt가 됩니다.

밀도가 0.8 g/cm3이고 점도가 0.1 cP인 경우라면 다음과 같이 계산합니다.

0.1 cP ÷  0.8 g/cm3 = 0.125 cSt


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점도 (Viscosity)

    

윤활유의 물리화학적 성질 중 가장 기본이 되는 성질로서, 액체가 유동할 때 나타나는 내부저항(마찰저항)을 말하며, 단위로는 CENTI STOKE (cSt)를 사용합니다. 점도를 선정할 때에는 설비의 특성을 감안하여 점도를 선택하여야 하나,

• · 너무 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되면 유체 유동에 대한 내부 저항이 커지게 되어 전력소모 증대, 과부하 및 온도의 상승 등을 초래하게 되며,
• · 지나치게 낮은 점도의 윤활유를 사용하게 되면 유막 파손에 따른 제반 TROUBLE을 발생하게 됩니다.

점도지수 (Viscosity Index)

윤활유의 점도는 온도가 상승함에 따라 저하되고 온도가 떨어지면 증가하게 되는데 이는 윤활유가 가지고 있는 자연스러운 물리적 특성으로서, 이런 온도변화에 따른 점도의 변화를 수치로 나타낸 것이 점도지수입니다.

 파라핀계가 풍부한 Pennsylvania산 원유의 점도지수를 100으로 하고 나프텐계가 많은 Gulf Coast산 원유의 점도지수를 0으로 기준하여 특정 Oil의 점도지수를 비교해서 산출합니다.

 

 

 

 

 

점도지수는 온도변화에 대한 점도변화를 상대수치로 나타내는 것으로서 2가지의 기준오일(Reference Oil)과 비교하여 점도지수 값을 계산하게 됩니다.

이미 앞에서 살펴본바와 같이 모든 물질들은 온도에 따라 점도가 변하게 됩니다. 고온에서 더 묽어지게 되며, 온도가 낮아질수록 점도는 높아져서 뻑뻑하게 됩니다.


윤활유는 고온에서 많이 사용되므로 고온에서 너무 묽으면 윤활막이 형성되지 않아 윤활유로서의 역할을 제대로 하지 못합니다.

점도지수가 높다는 것은 온도의 변화에 대하여 점도가 잘 변하지 않는다고 이해하시면 됩니다. 위그림중 왼쪽의 기유는 오른쪽의 기유보다 상대적으로 점도지수가 낮은 기유입니다.

이러한 점도지수값을 계산하기 위하여 아래의 그림과 같이 2가지의 Reference Oil을 사용합니다.



점도지수 값 계산을 위한 기준오일(Reference Oil)로 사용되는 오일은

- 점도지수 0 ( VI 0의 Reference Oil ) : Gulf Coast산 원유
- 점도지수 100 ( VI 100의 Reference Oil ) : 펜실베니아산 원유

즉, 점도지수를 모르는 기유의 40℃ 점도와 100℃ 점도를 알면 위의 그래프에서 계산을 할 수 가 있습니다. 아래에서 보듯이 기울기가 작아지면 점도지수(VI)는 높게됩니다.


가장 이상적인 점도지수 값은 무한대(-40℃, 0℃, 40℃, 100℃에서 점도가 동일한 물질) 이지만 이러한 물질은 지구상에 존재하지 않습니다.

가능한 점도지수가 높은 것이 윤활유로서는 저온과 고온에서 좋은 성능을 나타내게 됩니다. 기유의 성상치는 기유의 제조사에서 기본적으로 제공하는 것이므로 기유의 점도지수 값은 각 제조사의 website에서 쉽게 확인이 가능합니다.

- 점도지수가 100 이상인 Group II 기유를 HVI (High Viscosity Index)기유,
- 점도지수가 120 이상인 Group III 기유를 VHVI (Very High Viscosity Index)기유,
- 점도지수가 130 가량인 Group III+ 기유를 XHVI (Extra High Viscosity Index)기유라고 합니다.

각 Group별 점도지수 값을 보시면, Group I -> Group IV로 갈수록 점도지수는 높게 됩니다.