Viscositeit eenheid: mPa·s, cP en cSt omrekenen

Een viscositeit eenheid drukt uit hoeveel weerstand een vloeistof biedt tegen stroming en afschuiving. Welke eenheid u op een specificatieblad ziet, hangt direct af van de gekozen meetmethode in het laboratorium. Dynamische viscositeit gebruikt de pascalseconde, millipascalseconde of centipoise, terwijl kinematische viscositeit de dichtheid van het product meeneemt en wordt uitgedrukt in vierkante millimeter per seconde of centistokes.

Waarom zijn er verschillende eenheden voor viscositeit?

Er bestaan verschillende eenheden voor viscositeit omdat laboratoria de stroperigheid van een vloeistof op verschillende fysische manieren meten. Naast de dynamische viscositeit bestaan er ook de kinematische viscositeit (die direct uit de dynamische viscositeit te berekenen is), de bulkviscositeit en de rekviscositeit.

Wanneer een datasheet zonder verdere toevoeging een viscositeit vermeldt, gaat het vrijwel altijd om de dynamische viscositeit. Dit is de interne wrijvingsweerstand wanneer vloeistoflagen langs elkaar schuiven. Ter indicatie van de schaal in millipascalseconde (mPa·s): water heeft bij 20 °C een viscositeit van ongeveer 1,002 mPa·s, bloed rond 10 mPa·s, glycerine circa 1000 mPa·s en pindakaas tussen 150 000 en 250 000 mPa·s.

Voor het ontwerpen van een mengproces is deze dynamische waarde leidend. Een roerwerk moet de interne wrijving van het product overwinnen om stroming tot aan de tankwand te krijgen. Begrijpen wat de invloed van viscositeit op mengen is, voorkomt dat een motor thermisch uitvalt of dat een dik product alleen rond de as meedraait.

Dynamische en kinematische eenheden vergeleken

Het verschil tussen dynamische, kinematische en relatieve eenheden zit in de rol van de zwaartekracht tijdens de meting. Waar de ene methode de kracht op een draaiend lichaam meet, laat de andere methode de vloeistof onder haar eigen gewicht door een nauwe buis of opening stromen.

Eenheden voor dynamische viscositeit (Pa·s, mPa·s en cP)

De SI-eenheid voor dynamische viscositeit is de pascalseconde (Pa·s), oftewel newtonseconde per vierkante meter. Omdat deze eenheid voor veel vloeistoffen vrij grof is, gebruikt de procesindustrie meestal een duizendste daarvan: de millipascalseconde (mPa·s). Op oudere of Amerikaanse specificatiebladen ziet u vaak de poise (P) en vooral het honderdste deel daarvan, de centipoise (cP).

Deze eenheden horen bij een meting van de directe weerstand tegen vervorming door schuifspanning. In het laboratorium gebeurt dit met een rotatieviscositeitmeter. Een veer meet de kracht (het koppel) die een draaiende spindel in het product ondervindt. Op basis van het type spindel en de rotatiesnelheid rekent het apparaat dit koppel om naar de dynamische viscositeit.

Eenheden voor kinematische viscositeit (mm²/s en cSt)

De kinematische viscositeit is de verhouding tussen de dynamische viscositeit en de dichtheid van het medium. De SI-eenheid is vierkante meter per seconde (m²/s), in de praktijk meestal vierkante millimeter per seconde (mm²/s). In het oudere stelsel gebruikt men de stokes (St) of het honderdste deel daarvan, de centistokes (cSt).

Deze eenheid komt voort uit een zwaartekrachtmeting met glazen capillairmeters. Laboratoria gebruiken hiervoor vaak een Ubbelohde-buis of een Cannon Fenske-buis volgens de standaard ASTM D445, terwijl ASTM D446 de gangbare capillairen beschrijft. Omdat de vloeistof onder haar eigen gewicht door het glas zakt, drukt een zware vloeistof zichzelf sneller door de buis dan een lichte vloeistof met dezelfde interne weerstand.

Relatieve eenheden en uitloopbekers (zoals graden Engler)

In verffabrieken, bij drukinkten en in de smeermiddelenindustrie gebruikt men op de werkvloer vaak uitloopbekers voor een snelle kwaliteitscontrole. Deze metingen leveren relatieve eenheden of uitloopseconden op die alleen iets zeggen als het exacte bekertype bekend is.

Een voorbeeld op oudere datasheets is graden Engler (°E). Voor deze eenheid meet men de tijd waarin 200 cm³ vloeistof bij een constante temperatuur (gewoonlijk 20, 50 of 100 °C) uit een kleine opening vloeit, vergeleken met de uitlooptijd van water.

Hoe rekent u eenheden van viscositeit naar elkaar om?

Binnen dezelfde soort viscositeit rekent u de gangbare eenheden rechtstreeks naar elkaar om, maar voor de stap van kinematisch naar dynamisch heeft u de soortelijke massa nodig. Wie gegevens verzamelt voor mengprocessen in de chemische industrie, ziet vaak beide soorten eenheden door elkaar op grondstofbladen staan.

Tussen millipascalseconde (mPa·s) en centipoise (cP) zit in getalswaarde geen verschil. Staat er op een specificatieblad een waarde in centipoise, dan neemt u datzelfde getal rechtstreeks over als millipascalseconde. Van pascalseconde (Pa·s) naar millipascalseconde vermenigvuldigt u met duizend. Bij kinematische eenheden geldt hetzelfde: centistokes (cSt) en vierkante millimeter per seconde (mm²/s) zijn in getalswaarde gelijk.

Wilt u centistokes (cSt) omrekenen naar millipascalseconde (mPa·s), dan neemt u de dichtheid mee. De kinematische viscositeit is de dynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid. Omgekeerd vermenigvuldigt u de waarde in centistokes of mm²/s met de soortelijke massa (in kilogram per liter) om de dynamische viscositeit in mPa·s te krijgen.

Bij water wijken de getallen in cSt en mPa·s nauwelijks van elkaar af. Bij een lichte minerale olie ligt de dichtheid lager dan die van water, waardoor de dynamische viscositeit in mPa·s lager uitvalt dan het getal in cSt. Bij een zware zoutoplossing of gevulde suspensie ligt de dichtheid hoger en is de weerstand in de mengtank groter dan de kinematische waarde aangeeft. Voor het berekenen van het benodigde motorvermogen gebruikt u altijd de dynamische viscositeit, omdat het roerwerk massa in beweging brengt.

Waarom één getal op een datasheet vaak misleidend is

Eén enkele viscositeitswaarde op een specificatieblad is zelden genoeg om een menger op te ontwerpen. De werkelijke weerstand in uw procesvat hangt namelijk sterk af van de actuele procestemperatuur en van de snelheid waarmee het roerwerk door het product snijdt.

De invloed van temperatuur op de meetwaarde

Een viscositeitseenheid zonder bijbehorende temperatuur heeft voor een procesengineer geen betekenis. Veel vloeistoffen zijn bij hogere temperaturen minder viskeus dan bij lagere temperaturen, terwijl bij gassen het omgekeerde geldt en een gas bij hogere temperatuur juist viskeuzer wordt.

Temperatuurveranderingen tijdens een meting beïnvloeden het resultaat direct, waardoor laboratoria een kinematische meting in een nauwkeurig geregeld vloeistofbad uitvoeren. Bij laagviskeuze soorten onder 100 cSt geeft een temperatuurverandering van 0,02 °C al een afwijking van 0,7%. In een ketel die u koud vult met stroop of hars en daarna verwarmt, is de viscositeit bij de opstart veel hoger dan de waarde bij procestemperatuur.

Niet-newtoniaans gedrag tijdens het mengen

Alleen bij newtoniaanse vloeistoffen, zoals water en zuivere oplosmiddelen, blijft de viscositeit constant bij elke roersnelheid. Bij veel samengestelde producten verandert de viscositeit zodra het product beweegt. Voor sommige vloeistoffen neemt de viscositeit bij toenemende afschuifsnelheid toe, voor andere neemt hij juist af. Met een rotatiemeting zijn ook de opslag- en verliesmodulus van visco-elastische vloeistoffen te bepalen, wat aangeeft in hoeverre een product terugveert als een gel.

Dit gedrag heeft grote gevolgen voor de keuze voor een passende menger. Bij een afschuifverdunnend product, zoals saus, lotion of muurverf, is de afschuifsnelheid vlak bij het roerwerk hoog en lijkt het product daar dun. Vlak bij de tankwand ligt de stroomsnelheid veel lager, waardoor de lokale viscositeit oploopt en het product kan stagneren. Noemt een datasheet maar één waarde in mPa·s zonder het toerental van de meetspindel, dan is bij zulke producten vaak een reologische meting of mengproef nodig om dode zones uit te sluiten.

Veelgestelde vragen over eenheden van viscositeit

Wat u vastlegt over viscositeit voor een mengadvies

Wanneer u een mengproces beoordeelt of offertes opvraagt voor een nieuw roerwerk, voorkomt u verkeerde aannames door de viscositeit compleet te specificeren. Gebruik hiervoor onze checklist voor een offerteaanvraag en loop de volgende punten na bij uw product:

• Stap 1. Controleer de exacte eenheid en de dichtheid: kijk op uw productbladen of de waarde dynamisch (mPa·s, Pa·s of cP) of kinematisch (mm²/s of cSt) is, en noteer de soortelijke massa bij diezelfde condities.
• Stap 2. Bepaal het volledige temperatuurbereik: leg niet alleen de viscositeit bij kamertemperatuur vast, maar vraag ook de waarden op bij de koudste dosering en de hoogste procestemperatuur.
• Stap 3. Noteer de meetcondities bij complexe producten: gaat het om een pasta, emulsie, gel of suspensie, leg dan het type spindel en het toerental van de meting vast, zodat een ervaren specialist in industriële mengtechniek het vloeigedrag betrouwbaar kan doorrekenen.