점도단위 종류와 점도단위 변환식에 관한 보고서

1. 서론

점도(Viscosity)는 유체의 흐름에 대한 저항을 나타내는 물리량으로, 유체역학과 산업 공정에서 매우 중요한 역할을 합니다. 점도는 크게 동점도(Kinematic Viscosity)와 절대점도(Dynamic/Absolute Viscosity)로 나뉘며, 각각 다양한 단위 체계를 가지고 있습니다. 본 보고서에서는 주요 점도 단위들과 그 변환 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.

2. 절대점도 (Dynamic/Absolute Viscosity)

절대점도는 유체 내부에서 발생하는 전단응력(shear stress)과 변형률(strain rate)의 비율로 정의됩니다.

2.1 주요 단위

1. **파스칼·초(Pascal-second, Pa·s)**
   - SI 기본 단위
   - 1 Pa·s = 1 kg/(m·s)

2. **포아즈(Poise, P)**
   - CGS 단위계
   - 1 P = 0.1 Pa·s
   - 1 centipoise (cP) = 0.01 P = 0.001 Pa·s

3. **파운드-포스 초/평방피트(lb·s/ft²)**
   - 영국식 단위계
   - 1 lb·s/ft² = 47.88026 Pa·s

4. **레인(Reyn)**
   - 영국식 단위계
   - 1 reyn = 6,894.76 Pa·s

2.2 변환표

3. 동점도 (Kinematic Viscosity)

동점도는 절대점도를 유체의 밀도로 나눈 값으로, 유체의 운동량 확산 정도를 나타냅니다.

3.1 주요 단위

1. **제곱미터/초(m²/s)**
   - SI 기본 단위

2. **스토크스(Stokes, St)**
   - CGS 단위계
   - 1 St = 1 cm²/s = 0.0001 m²/s
   - 1 centistokes (cSt) = 0.01 St = 0.000001 m²/s

3. **제곱피트/초(ft²/s)**
   - 영국식 단위계
   - 1 ft²/s = 0.0929 m²/s

3.2 변환표

4. 절대점도와 동점도 간의 관계

절대점도(μ)와 동점도(ν) 사이의 관계는 유체의 밀도(ρ)에 의해 결정됩니다:

ν = μ / ρ

여기서:
- ν는 동점도 (m²/s 또는 St)
- μ는 절대점도 (Pa·s 또는 P)
- ρ는 유체의 밀도 (kg/m³)

4.1 변환 예시

물(20°C)의 경우:
- 밀도(ρ) = 998.2 kg/m³
- 절대점도(μ) = 0.001002 Pa·s
- 동점도(ν) = 0.001002 / 998.2 = 0.000001004 m²/s = 0.01004 St = 1.004 cSt

5. 변환식 정리

5.1 절대점도 변환식

- Pa·s → Poise: P = Pa·s × 10
- Pa·s → centipoise: cP = Pa·s × 1,000
- Pa·s → lb·s/ft²: lb·s/ft² = Pa·s × 0.0209
- Pa·s → Reyn: Reyn = Pa·s × 0.000145

- Poise → Pa·s: Pa·s = P × 0.1
- Poise → centipoise: cP = P × 100
- Poise → lb·s/ft²: lb·s/ft² = P × 0.00209
- Poise → Reyn: Reyn = P × 0.0000145

- centipoise → Pa·s: Pa·s = cP × 0.001
- centipoise → Poise: P = cP × 0.01
- centipoise → lb·s/ft²: lb·s/ft² = cP × 0.0000209
- centipoise → Reyn: Reyn = cP × 0.000000145

- lb·s/ft² → Pa·s: Pa·s = lb·s/ft² × 47.88
- lb·s/ft² → Poise: P = lb·s/ft² × 478.8
- lb·s/ft² → centipoise: cP = lb·s/ft² × 47,880
- lb·s/ft² → Reyn: Reyn = lb·s/ft² × 0.00694

- Reyn → Pa·s: Pa·s = Reyn × 6,894.76
- Reyn → Poise: P = Reyn × 68,947.6
- Reyn → centipoise: cP = Reyn × 6,894,760
- Reyn → lb·s/ft²: lb·s/ft² = Reyn × 144

5.2 동점도 변환식

- m²/s → Stokes: St = m²/s × 10,000
- m²/s → centistokes: cSt = m²/s × 1,000,000
- m²/s → ft²/s: ft²/s = m²/s × 10.764

- Stokes → m²/s: m²/s = St × 0.0001
- Stokes → centistokes: cSt = St × 100
- Stokes → ft²/s: ft²/s = St × 0.001076

- centistokes → m²/s: m²/s = cSt × 0.000001
- centistokes → Stokes: St = cSt × 0.01
- centistokes → ft²/s: ft²/s = cSt × 0.0000108

- ft²/s → m²/s: m²/s = ft²/s × 0.0929
- ft²/s → Stokes: St = ft²/s × 929
- ft²/s → centistokes: cSt = ft²/s × 92,900

6. 산업별 주요 사용 단위

### 6.1 석유 산업
- 대부분 동점도를 centistokes(cSt) 단위로 측정
- SAE 점도 등급은 엔진 오일과 기어 오일의 점도 표준을 정의

### 6.2 식품 산업
- 주로 centipoise(cP) 단위 사용
- 다양한 온도에서의 점도 측정이 품질 관리에 중요

### 6.3 화학 및 제약 산업
- SI 단위인 Pa·s 혹은 mPa·s 단위를 주로 사용
- 공정 설계 및 품질 관리에 활용

7. 결론

점도 단위는 다양한 단위계에서 발전해 왔으며, 각 산업 분야별로 선호하는 단위가 다릅니다. SI 단위계의 표준화 노력에도 불구하고, 역사적인 이유로 인해 여전히 다양한 점도 단위가 공존하고 있습니다. 따라서 단위 간 변환에 대한 이해는 다양한 분야에서 작업하는 엔지니어와 과학자들에게 필수적입니다.

참고문헌

1. Bird, R. B., Stewart, W. E., & Lightfoot, E. N. (2007). *Transport Phenomena (2nd ed.)*. John Wiley & Sons.

2. Viswanath, D. S., Ghosh, T. K., Prasad, D. H. L., Dutt, N. V. K., & Rani, K. Y. (2007). *Viscosity of Liquids: Theory, Estimation, Experiment, and Data*. Springer Science & Business Media.

3. White, F. M. (2016). *Fluid Mechanics (8th ed.)*. McGraw-Hill Education.

4. International Organization for Standardization. (2009). *ISO 2909:2002 Petroleum products - Calculation of viscosity index from kinematic viscosity*.

5. American Society for Testing and Materials. (2020). *ASTM D2161-17 Standard Practice for Conversion of Kinematic Viscosity to Saybolt Universal Viscosity or to Saybolt Furol Viscosity*.

6. Chhabra, R. P., & Richardson, J. F. (2008). *Non-Newtonian Flow and Applied Rheology: Engineering Applications (2nd ed.)*. Butterworth-Heinemann.