점도, 점도지수, 점성계수, 동점도의 개념

1. 점도의 개념

용기에 물과 물엿을 각각 넣고 뚜껑을 열어 경사를 주어 흐르게 하면 물은 자연스럽게 흘러서 바닥에 쏟아지지만 물엿은 끈적끈적하여 물에 비해서 매우 느린 속도로 바닥에 흐르는 것을 볼 수 있다. 이러한 액체의 끈적거리는 성질을 점성이라 하는데 이는 유체 특유의 성질이다. 이상유체가 아닌 이상 모든 실제 유체는 점성이라는 성질을 지니고 있으며 점성은 유체 흐름에 저항하는 값의 크기로 측정된다. 점성의 강도는 단위 면적당의 힘의 크기로 나타내며 전단응력이기도 하다. 점도는 유체의 흐름과 직각방향으로 1cm 떨어진 2개의 층에 1cm/s의 속도구배가 있어 1㎠당 1dyne의 힘이 작용할 때, 이 유체의 점도를 1poise라고 한다.

2. 점도지수(Viscosity Index)의 개념

윤활유의 점도는 온도가 상승하면 저하되고 온도가 떨어지면 증가하는데 이는 윤활유가 가지고 있는 자연스러운 물리적 특성으로서 이런 온도변화에 따른 점도의 변화를 수치로 나타낸 것이 점도지수이다. 점도지수가 클수록 온도변화가 점도에 미치는 영향이 작으므로 점도지수가 큰 오일이 기계운전에 더 좋다. 점도지수가 높아야 고온에서 충분한 유막이 유지되고 저온에서는 충분한 유동성을 확보할 수 있어서 오일이 기계 구석구석에 스며들 수 있기 때문이다. 파라핀계가 풍부한 Pennsylvania산 원유의 점도지수를 100으로 하고 나프텐계가 많은 Gulf Coast산 원유의 점도지수를 0으로 기준하여 특정 오일의 점도지수를 비교해서 산출한다.

점도지수 산출공식

3. 점성계수(Coefficient of Viscosity)의 개념

점성계수는 액체의 끈적한 성질에 대한 수치를 나타낸 것으로 그 크기를 고유의 상수로 표시한 것이다. 점성은 물분자가 상대적인 운동을 할 때 분자가 또는 물분자와 고체경계면 사이에 마찰력을 유발시키는 물의 성질을 말하며, 이는 물분자간의 응집력 및 다른 분자간의 점착력 등의 상호작용에 의해 나타난다. 점성계수가 클수록 끈적한 정도가 크다는 것이며 물에 비해 기름이 점성이 크고 액체가 기체보다 점성이 크다. 물은 온도에 따라 점성의 크기가 변하는데 온도가 0일 때 점성이 크며, 온도가 높아질 수록 점성은 작아진다.

점성계수 산출공식

4. 동점도(Kinematic Viscosity)의 개념

점도는 절대점도(absolute viscosity)와 동점도(kinematic viscosity)로 구분되는데 동점도는 전단응력(shear stress)과 전단율(shear rate)의 비율로 표현되며, 점도를 그 유체의 밀도로 나누어 구한다. 절대점도는 유체 그 자체의 고유한 점성저항력을 나타내며 동점도는 배관내부에 흐르는 유체의 이동이나 페인트의 도장공정 등에서 매우 중요한 지표가 된다. 점도는 P로 표시하고 단위는 g/㎠.s인데 유체의 특성을 표현하기에는 너무 커서 1/100으로 줄여서 cP로 쓴다. 동점도는 St로 표시하고 단위는 ㎠/s이며 이도 1/100으로 줄여서 cSt로 사용한다.