¿Qué es la Viscosidad? | Factores que afectan la viscosidad | Ley de Newton de la Viscosidad (Con PDF)

“Qué es la viscosidad” es un término que se pregunta a menudo en la mecánica de fluidos. La viscosidad es una propiedad de los fluidos y es muy importante para estudiar el comportamiento del flujo de fluidos. Todo tipo de fluidos, ya sea en estado líquido o gaseoso, poseen viscosidad. En este artículo, exploraremos más detalles sobre el término “Viscosidad”, su definición, significado, unidades, ecuaciones, valores.

Definición de viscosidad

El término “viscosidad” tiene su raíz en el término latino “Viscum” que se refiere a un pegamento viscoso originado a partir de las bayas de muérdago. En mecánica de fluidos, la viscosidad se define como la medida de la resistencia de un fluido al flujo de fluido bajo una fuerza aplicada. Para un fluido en movimiento, la viscosidad describe la fricción interna. Entonces, un fluido que tiene una gran viscosidad proporciona más fricción interna para resistir el flujo, mientras que un fluido con una viscosidad más baja proporciona poca fricción. En general, los líquidos tienen más viscosidad que los gases.

El concepto de viscosidad será más claro si consideramos el siguiente ejemplo. Si ponemos agua y miel en una olla y tratamos de verterla, encontramos que el agua fluye más suavemente y más rápido que la miel. Esto se debe a que la miel es más viscosa que el agua. Entonces, la miel proporciona más resistencia al movimiento que el agua y es por eso que el agua se mueve más libremente que la miel.

Viscosidad del agua vs miel
Fig. 1: Viscosidad del agua frente a la miel

Importancia de la viscosidad

La viscosidad de un fluido es opuesta a la fluidez que denota la facilidad con la que puede fluir un fluido. Es básicamente la fricción interna entre las moléculas que componen el fluido. Para aplicaciones de transporte de fluidos e ingeniería de lubricación, moldeo por inyección, rociado y recubrimiento de superficies, la viscosidad juega un papel importante ya que controla el flujo del líquido. Conocer los datos de viscosidad es muy importante para predecir el comportamiento de los fluidos. Por ejemplo, si la salsa de tomate dentro del tubo no tiene la viscosidad correcta, es posible que no fluya del tubo o que fluya demasiado.

Símbolo de Viscosidad

Matemáticamente, la viscosidad se puede definir como la relación entre el esfuerzo viscoso (esfuerzo cortante) y la tasa de cambio de deformación. El símbolo de la viscosidad es µ (letra griega mu). Por eso,

Viscosidad, µ=Esfuerzo cortante/tasa de deformación=τ / (du/dy)
Entonces, µ=τ / (du/dy)……(1)

El símbolo anterior para la viscosidad µ se usa ampliamente. Sin embargo, algunos físicos y químicos prefieren usar η (letra griega eta) como símbolo de viscosidad.

Unidades de Viscosidad

De la ecuación matemática anterior, sabemos que viscosidad = tasa de tensión/deformación. La unidad de esfuerzo en unidad SI=N/m 2 . La unidad de velocidad de deformación=(m/s)/m.=1/s
Por lo tanto, la unidad de viscosidad=(N/m 2 )/(1/s)=Ns/m 2 y la dimensión de la viscosidad es (fuerza X tiempo/área).
La viscosidad anterior discutida también es popular como viscosidad dinámica o viscosidad absoluta.
Por lo tanto, la unidad de viscosidad o viscosidad dinámica en el sistema SI es Ns/m 2 o pascal-segundo.

A menudo, la unidad de viscosidad se denota por Poise o Centipoise. En el sistema de unidades CGS, la unidad de viscosidad dinámica es “Poise” y lleva el nombre de Jean Léonard Marie Poiseuille. La relación entre Pascal-Segundo y poise se da a continuación:

1 Pascal-Segundo= 10 Poise o 1Pa-s=10P

¿Qué es la Viscosidad Cinemática?

La viscosidad cinemática o la difusividad del momento se define como la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. El símbolo de la viscosidad cinemática es ν (letra griega nu). Entonces, matemáticamente, la fórmula para la viscosidad cinemática está dada por ν=µ/ρ.

Ahora acabamos de aprender que la unidad de viscosidad dinámica=Ns/m 2 . Unidad de densidad del fluido=Kg/m 3 . Por lo tanto, la unidad de viscosidad cinemática =(Ns/m 2 )/(Kg/m 3 )=(Kg-m/s 2 )*(s/m 2 )*(m 3 /Kg)=m 2 /s.
En consecuencia, la dimensión de la viscosidad cinemática es (longitud 2 /tiempo). En dinámica de fluidos, trabajar con viscosidad cinemática es más conveniente.

Medición de la viscosidad

Como es bien sabido, medir la viscosidad de los fluidos es muy importante para comprender las características de flujo de esos fluidos. Hay varios tipos de instrumentos mediante los cuales se puede medir la viscosidad. Esos dispositivos de medición de la viscosidad se conocen como viscosímetros y reómetros. Los instrumentos comunes ampliamente utilizados para medir la viscosidad son:

  • viscosímetro capilar
  • Viscosímetro de esfera descendente
  • Viscosímetro vibratorio
  • Viscosímetro rotacional
  • Reómetros microfluídicos
  • Copa Zahn
  • Espectroscopia de correlación de fluorescencia
  • reómetro acústico

Factores que afectan la viscosidad

Hay varios factores que afectan la viscosidad de un fluido. Esos son:

  • Temperatura del fluido: por lo general, la viscosidad de los líquidos disminuye con el aumento de la temperatura. Por el contrario, la viscosidad de los gases aumenta con el aumento de la temperatura.
  • Condiciones de flujo: para flujo laminar, la viscosidad del líquido permanece constante, mientras que para flujo turbulento, la viscosidad cambia.
  • Presión: Con un aumento de la presión, la viscosidad de los gases suele aumentar. Los líquidos que son incompresibles no tienen mucho impacto.
  • Flujo multifásico: La viscosidad del flujo multifásico se ve afectada por el volumen de cada fase.
  • Partículas suspendidas: Los materiales suspendidos aumentan la viscosidad.

Viscosidad del agua

La viscosidad del agua a 20 0 C es 1 centipoise o 1 cP. En cuanto a los líquidos, la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura, lo mismo ocurre con el agua. La siguiente tabla proporciona la viscosidad dinámica del agua con respecto a varias temperaturas.

Temperatura (°C)Viscosidad (cP o mPa·s )
101.3059
201.0016
300.79722
500.54652
700.40355
900.31417
1000.2822

Tabla 1: Viscosidad del agua con respecto a la temperatura

Viscosidad cinemática del agua

La viscosidad cinemática del agua se puede obtener fácilmente dividiendo los valores de viscosidad dinámica anteriores por la densidad del agua. La Tabla 2 a continuación proporciona la viscosidad cinemática del agua.

Temperatura (°C)Viscosidad Cinemática (m 2 /s X 10 -6 )
101.3059
201.004
300.801
500.553
700.413
900.326
1000.294

Tabla 2: Viscosidad cinemática del agua con respecto a la temperatura

Viscosidad de algunas sustancias comunes

La siguiente tabla indica la viscosidad de algunas sustancias populares.

SustanciaTemperatura (°C)Viscosidad (mPa·s)
Benceno250.604
Aire2518.5×10 -3
Mercurio251.526
Leche entera202.12
Cerveza negra202.53
Aceite de oliva2656.2
Cariño202000–10 000
Salsa de tomate255000–20 000
Mantequilla de maní –10 4 –10 6
Tono10–30 (variable)2.3×10 11

Tabla 3: Viscosidad de algunos fluidos comunes

Ley de Newton de la viscosidad

La relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte del fluido bajo esfuerzo mecánico se establece mediante la ley de viscosidad de Newton. Para una temperatura y presión dadas, la ley de viscosidad de Newton establece que el esfuerzo cortante entre dos capas adyacentes en un fluido es proporcional a los gradientes de velocidad entre esas capas. De otra manera, se puede afirmar que la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte en un fluido es una constante y se define como el coeficiente de viscosidad. Los fluidos newtonianos obedecen la ley de viscosidad de Newton. Los fluidos no newtonianos no siguen la ley de viscosidad de Newton y, por lo tanto, su viscosidad varía y depende de la velocidad de corte. La viscosidad dinámica es el coeficiente de viscosidad tal como se define en la ley de viscosidad de Newton. La ecuación 1 mencionada anteriormente es básicamente una representación matemática de la ley de viscosidad de Newton.

Aplicaciones prácticas de la viscosidad

El concepto de Viscosidad se usa ampliamente en ciencia y tecnología. Los siguientes ejemplos pueden corroborar fácilmente las aplicaciones de la viscosidad:

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  • El peso molecular de los líquidos orgánicos se determina utilizando el conocimiento de la viscosidad.
  • En la ingeniería de lubricación, los datos de viscosidad y su variación con la temperatura son una necesidad absoluta para decidir la lubricación adecuada para equipos específicos. Por ejemplo, las máquinas ligeras utilizan líquidos de baja viscosidad, mientras que los aceites de alta viscosidad se utilizan en máquinas pesadas.
  • Para preparar varios medicamentos, como jarabes, se requieren datos de viscosidad.
  • Los aceites de cocina, grasas, mantequillas, etc. se fabrican proporcionando una viscosidad específica.
  • Las gomas, los refrigerantes, la gasolina como limpiador, el líquido de frenos, los cosméticos, los productos alimenticios, etc., requieren datos de viscosidad durante la producción para funcionar sin problemas.
  • La circulación sanguínea dentro de nuestro cuerpo depende de la viscosidad de la sangre.

¿Qué significa alta viscosidad?

La alta viscosidad generalmente significa que el líquido es más espeso. El fluido con alta viscosidad ofrece mayor resistencia al flujo. Describamos el término alta viscosidad con un ejemplo. Entre los dos fluidos, el agua y la miel, la miel tiene una viscosidad alta en comparación con el agua. Entonces, la fuerza de resistencia contra el flujo del agua será menor en comparación con la miel.

¿Cuáles son los tipos de viscosidad?

La mecánica de fluidos de ingeniería proporciona dos tipos de viscosidad; Viscosidad Dinámica y Viscosidad Cinemática.

¿El agua es viscosa?

La viscosidad es la propiedad de cualquier fluido. El agua siendo un fluido, específicamente líquido, es vicioso.

¿Qué importancia tiene la viscosidad?

La viscosidad del fluido es un parámetro importante para los fluidos. Para las industrias alimentarias, la viscosidad proporciona la textura de los alimentos. En algunas situaciones, la alta viscosidad se considera de calidad superior en comparación con los líquidos diluidos.

¿Cuál es el más viscoso?

La brea es el líquido más viscoso. La glicerina y el aceite lubricante también tienen viscosidades altas.

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