Lepkość dynamiczna
Lepkość dynamiczna to jedna z kluczowych właściwości cieczy technicznych – od olejów smarowych po paliwa. Określa, jak duży opór stawia ciecz przy przepływie, gdy działamy na nią siłą.
Definicja lepkości dynamicznej
Lepkość dynamiczna (oznaczana zwykle jako η) opisuje wewnętrzne tarcie w cieczy podczas przepływu. Jest to miara oporu, jaki stawia ciecz, gdy poruszają się względem siebie sąsiednie warstwy płynu.
Formalnie lepkość dynamiczna jest zdefiniowana jako proporcjonalność między naprężeniem stycznym a gradientem prędkości w cieczy (dla cieczy niutonowskich):
τ = η · (du/dy)
gdzie τ to naprężenie ścinające, a du/dy – zmiana prędkości w kierunku prostopadłym do przepływu.
Jednostki lepkości dynamicznej
W praktyce stosuje się dwie główne jednostki:
- Pa·s (paskal-sekunda) – jednostka układu SI,
- cP (centypuazy, centipoise) – jednostka techniczna, bardzo popularna w petrochemii.
Przeliczenie jest proste:
1 cP = 0,001 Pa·s (1 Pa·s = 1000 cP)
Lepkość dynamiczna a lepkość kinematyczna
W laboratoriach olejowych często spotykamy się z lepkością wyrażoną w cSt (centistokes). Są to dwie różne wielkości:
- lepkość dynamiczna (η) – opór przepływu, jednostka cP lub Pa·s,
- lepkość kinematyczna (ν) – lepkość dynamiczna podzielona przez gęstość, jednostka cSt.
Zależność między nimi jest bardzo prosta:
η [cP] = ν [cSt] × ρ [g/cm³]
czyli lepkość dynamiczna (cP) równa się lepkości kinematycznej (cSt) pomnożonej przez gęstość cieczy wyrażoną w g/cm³.
Przykłady lepkości dynamicznej
- woda w 20°C: ok. 1 cP (0,001 Pa·s),
- typowy olej silnikowy w 100°C: 10–20 cP,
- olej hydrauliczny ISO VG 46 w 40°C: ok. 40–50 cP (przy gęstości ~0,85 g/cm³),
- miód w temperaturze pokojowej: tysiące cP.
Jak mierzy się lepkość dynamiczną?
W zależności od rodzaju cieczy i wymaganej dokładności stosuje się różne typy lepkościomierzy:
- lepkościomierze rotacyjne – mierzą moment obrotowy potrzebny do obracania wrzeciona w cieczy,
- lepkościomierze kapilarne (Ubbelohde, Cannon–Fenske) – pomiar czasu przepływu przez cienką rurkę kapilarną,
- lepkościomierze kulkowe (np. Höppler) – pomiar prędkości opadania kulki w cieczy.
W normach petrochemicznych (np. ASTM D445, ISO 3104) wynik często podaje się jako lepkość kinematyczną, a następnie przelicza na lepkość dynamiczną znając gęstość badanej próbki.
Znaczenie lepkości dynamicznej w eksploatacji
Lepkość dynamiczna ma kluczowe znaczenie dla:
- tworzenia filmu smarnego w łożyskach i parach tarcia,
- pracy pomp i układów hydraulicznych,
- strat energii podczas przepływu w przewodach i kanałach,
- dawkowania paliwa i oleju w układach precyzyjnych.
Zbyt niska lepkość dynamiczna oznacza zbyt cienki film smarny i ryzyko kontaktu metal–metal, zbyt wysoka – wzrost oporów ruchu, temperatury i zużycia energii.
Podsumowanie
Lepkość dynamiczna to „siła oporu” cieczy wobec przepływu – parametr krytyczny dla doboru olejów, paliw i wszystkich mediów roboczych w technice. W praktyce często pracujemy jednocześnie z trzema pojęciami: cP (lepkość dynamiczna), cSt (lepkość kinematyczna) i gęstość. Świadome łączenie tych wielkości pozwala właściwie interpretować wyniki badań i dobierać produkty do konkretnych warunków pracy. Opracowanie redakcyjne.
