Posted by(작성하신 분) 막스메트연구원(MMRI) ( December 04, 2002 at 22:05:09: )
In Reply to(원문) : 점도와 동점도
posted by(원문 작성자) : 서성호 on May 09, 2001 at 19:23:57:
: 안녕하세요..
도(Viscosity)는 유체의 끈끈한 정도를 나타내는 물리적 단위입니다. 전단응력(shear stress)와 전단율
(shear rate)의 비율로 표현됩니다. 말이 좀 어렵지요?
외부에서 가해지는 힘(스트레스)에 저항하는 정도를 말합니다. 막대기로 점도가 서로다른 유체를 휘젓는
것으로 그 저항(점도) 을 비유할 수 있읍니다.
점도는 역학점도(dynamic viscosity)또는 절대점도 (absolute viscosity) 라고도 부르기도 하는데 이는 동점도
(kinematic viscosity)라는 정의가 서로 다른 용어와 구분하기 위한 것입니다.
동점도는 점도를 그 유체의 밀도(density)로 나누어 주는 정의를 따릅니다. 즉,
kinematic viscosity = dynamic viscosity/density
입니다.
이는 점도(절대점도, 역학점도)가 흐르는 유동상태에서 그 물질의 운동방향에 거슬려 저항하는 끈끈한 정도를
절대적으로 크기로 나타냄에 반해 , 동점도는 얼마나 유동성이 좋은가 즉 잘 흐를 수 있는 정도를 나타내는
상대적 지표가 됩니다. 동점도가 작을수록 잘 흐르게 됩니다.
점도가 같으나 밀도가 서로 다른 두 가지 유체가 있다고 할때 일반적인 점도(절대점도)를 측정하는 회전형 점도계로
재면 당연히 같은 점도를 나타냅니다. 그러나 원형관을 흐르는 방식의 , 즉 유동성(fluidity)를 이용하는 측정 방식인
유리세관형 점도계에서 서로 다른 동점도를 얻게되는데 이는 정의상 당연한 것이지만, 밀도가 큰 유체가 모멘텀이
크니 상대적으로 같은 정도로 받는 점성저항(점도는 같으므로) 을 더 이기기가 쉽기 때문이지요. 즉 동점도가 작은
유체가 더 잘 수송되고 또 핸들링하기가 쉬운 것입니다.
동점도는 원형 폐쇄관 유동이나 도관을 흐르는 유체공정에 특히 유동성의 지표로 많이 활용되고 , 점도는 유체 그
자체의 고유한 점성저항력을 나타내는 지표가 됩니다.
한가지 제가 학생들에게 예를 드는 방식으로 쉽게 말씀드리면 한 개인의 사회생활에 비교할 때 점도는 외부 스트레스에
대해 저항하는 내적 능력의 정도라고 할 수 있고, 동점도는 외부 스트레스에 대항하여 사회생활(공정상에서 보면 수송거리
에 도달하는 시간 또는 같은 시간중에 도달하는 양의 크고 적음)을 성공적으로 수행할 수 있는 활동적 지표(동적 능력)라
할 수 있겠읍니다. 내적저항력이 동일해도 개인의 단단한 정도 (능력, 지력, 재력 또는 배경등 기타 부가적 능력)가 크면
사회생활에서도 성공확률이 크지 않겠읍니까? 이 비유에서 성공이나 목표는 공정(proces)상에서 는 바꾸어 말하면 원하는
지점까지 정해진 원유를 수송하거나 페인트를 정해진 면적에 바르거나 하는 것이 되겠고, 동점도가 크면 펌핑코스트등
수송비용이 커지던지 같은 동력을 사용해도 시간이 많이 소요되게 됩니다.
그 반면에 페인트를 칠할 경우나 브라운관 형광도료 도포등에서 볼 수 있듯 너무 또 동점도가 작으면 흘러내려 좋지
않은 결과를 볼 수도 있읍니다. 따라서 공정수송이나 복잡한 유체제품을 핸들링할 때는 또 고가의 유체제품을 거래할
때마다 각각의 경우마다 서로 다른 일정한 동점도 기준이 필요하게 됩니다.
점도(절대점도, 역학점도)의 단위는 흔히 정의를 최초로 한 프랑스 과학자 Poiseille의 이름 첫 글자를 따서 P(포아즈(불어),
포이즈(영어))로 부르고 단위는 g/(cm s) 입니다. 흔히 이 값이 실제 사용하는 유체를 표현하기는 크기떄문에 100분의 1로
줄여 (centi-meter 또는 centi liter에서 쓰는 접두어) cP 로 많이 씁니다(센티포이즈 쌍티 뽀아즈(불어)). 물의 경우가
20도 섭씨에서 약 1 cP가 됩니다.
동점도는 밀도 (g/cm^3)로 나눈 것이니 단위는 cm^2/s가 되며 통칭 영국의 유체학자인 Stockes 의 첫글자를 따서
St로 씁니다. 이것도 큰 값이므로 쓰기 편하게 100분의 1 값으로 cSt(S 는 대문자) 로 주로 사용합니다(물의 경우 20도
섭씨에서 약 1 cSt입니다).
학술계에서는 국제단위계(Systeme International, 불어)를 쓰도록 하고 있고 이 SI 단위계에 따르면 각각의 단위는
다음과 같습니다.
1 cP= 0.01 P = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s
1 cSt = 0.01 St = 0.000001 m^2/s = 1 mm^2/s
가 됩니다.
점도를 동점도로 또는 그 반대로 환산할 때 필히 같은 온도를 명기해야 하고 밀도도 그 온도에서 측정해야 합니다.
Saybolt viscometer의 경우는 이러한 단위를 재는 것이 아니라 작은 올리피스 구멍을 통해 일정한 양의 시료가 모두
떨어지는데 걸리는 시간을 측정합니다. 그래서 s(초) 단위가 됩니다.이것은 동점도(cSt)로 환산할 수 있으며 단위는
틀리지만 기본적인 개념은 동점도의 설명과 같읍니다. 즉 같은 만큼의 힘 (중력이 되겠지요. Saybolt viscometer에서
유체를 낙하시키는 것은 중력이지요)을 주었을때 동점도가 작은 유체가 빠른 시간안에 떨어지는데 이것이 동점도가
표현하는 유동성의 좋은 예가 됩니다.
한가지 첨언할 것은 온도의 중요성입니다. Saybolt에서도 온도를 유지하기 위한 항온조가 있는데 흔히 이를 사용않고
실온에서 그냥 측정하는 경우가 있읍니다. 참고로 고분자 또는 오일 종류는 섭씨 1도 정도의 온도가 변하면 약 2-4% (1도당)
씩 그 값이 틀립니다. 당연히 온도가 올라가면 점도가 작아집니다. 그래서 같은 실험실이라도 항온조를 사용 하여 온도를
정해진 20도 또는 40도 또는 100도 F로 항시 일정하게 하지 않고 측정하면 겨울과 여름의 온도차를 감안하면 거의 100% (두배)
가 될 수도 있읍니다. 이런 경우는 특히 제조 현장에서 품질관리할 때 흔히 볼 수 있는데 중요한 유체제품을 생산할 경우
명심하셔야 합니다.
또한 고가의 장비를 운전할 경우도 역으로 온도에 따라 윤활유의 예상점도를 평가하는 것이 안점하며, 유체제품의
수입검사등의 경우에도 간과하면 안되는 사항입니다. 흔히들 대학원 학생들이 이러한 점을 모르고 겨울에 측정한
점도값을 여름에 실험한 유동해석에 사용할 경우 큰 오차 때문에 고민하는 경우가 많습니다. Saybolt뿐 아니라 회전형,진동형, 세관형, 공정용 모든 종류의 점도계는 온도를 일정하게하는 기준이 틀리면 절대 안됩니다. 최악의 경우라 하더라도
기준온도로 부터 보정하여 사용해야 신뢰성이 보장됩니다. 해당 점도계의 매뉴얼을 참고 하십시오.
설명이 길어졌읍니다. 도움이 되셨기를 바랍니다.