Viscosidad

Viscosidad

La viscosidad se considera una medida de la resistencia de un fluido a los intentos de moverse a través de él. Por lo tanto, un fluido con una adherencia baja se dice que es “líquido”, mientras que un fluido con una alta adherencia se dice que es “espeso”. En consecuencia es mucho más fácil moverse a través de un fluido de baja adherencia, como el caso del agua, que hacerlo en un fluido de alta adherencia como la miel.

En esta oportunidad te hablaremos acerca de la viscosidad y su significado. Conocerás la fórmula que se utiliza para conocer la adherencia de los materiales. También descubrirás los diferentes tipos de adherencia que existen, así como los tipos de fluidos. Por supuesto, veremos su importancia en nuestra vida diaria.

¿Qué es viscosidad?

Debes saber que la adherencia hace referencia al espesor de un fluido. Es una condición que resulta de la interacción, o fricción, entre moléculas en un fluido. De forma similar a la fricción entre sólidos en movimiento, la viscosidad determinará la energía que se requiere para hacer fluir un líquido o gas.

La definición de viscosidad expresa lo siguiente:

Viscosidad es la resistencia de un fluido a un cambio de forma o movimiento a través del propio fluido.

En física, la viscosidad con frecuencia se expresa haciendo uso de la ecuación de Isaac Newton para fluidos, la cual de hecho es similar a la segunda ley de movimiento de Newton. En dicha ley se establece que cuando una fuerza actúa sobre un objeto, provocará que el objeto se acelere. Por lo tanto, cuanto mayor sea la masa del objeto, mayor será la fuerza que deberá tener para que se acelere.

Definición de viscosidad

La fórmula de la viscosidad

Como se ha mencionado, la fórmula de viscosidad a menudo se expresa usando la ecuación de Isaac Newton para fluidos:

F/A = n (dv / dr)

En dicha fórmula, F representa la fuerza y A representa el área. Por lo tanto, F/A , o fuerza dividida por área, es otra manera de definir la viscosidad. Por su parte, dv dividido entre dr, representa la “tasa pura” o la velocidad a la que se mueve el líquido.

En el caso de la letra n, es una unidad constante igual a 0,00089 Pa-s (Pascal-segundo). Esta es la unidad que se utiliza para la medición de la viscosidad dinámica. La ley de Newton para los fluidos tiene algunas aplicaciones importantes, como es el caso de la impresión por inyección de tinta, la inyección de proteínas., además de la elaboración de alimentos, y bebidas.

Tipos de viscosidad

En cuanto a los tipos de viscosidad, hay dos medidas diferentes de adherencia que se utilizan para describir fluidos. Estos son la viscosidad dinámica y la cinemática. En ambos casos se describe el flujo del fluido de diferentes maneras, y en relación con la forma en que se miden. No obstante, ambas medidas son intercambiables si se conoce la densidad del fluido.

Diferentes tipos de viscosidad

Como hemos visto, la adherencia es una propiedad fundamental de ciertos materiales cuando se estudia el flujo de fluidos para cualquier uso o aplicación. Los dos tipos más comunes de adherencia son la dinámica y la cinemática. La relación entre estas dos propiedades es bastante sencilla de entender.

Viscosidad dinámica

La viscosidad dinámica es la que mide la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte de un fluido. Cuanto mayor sea la adherencia, más espeso, es decir, menos líquido, será el fluido. Por el contrario, cuanto menor es la viscosidad, menos espeso, es decir, más líquido será el fluido.

μ= γ/τ

La viscosidad dinámica (η) depende de la sustancia y su temperatura, y su unidad de medición es el Pascal-segundos. También es importante mencionar que la viscosidad dinámica disminuye muy rápidamente en los líquidos a medida que se incrementan sus temperaturas. En el caso de los gases, la viscosidad dinámica se incrementa a medida que aumenta la temperatura.

Viscosidad cinemática

En el caso de la viscosidad cinemática, este es un tipo de adherencia que mide la relación entre la fuerza viscosa y la fuerza de inercia sobre el fluido. Esto se representa en la siguiente ecuación, la cual también puede usarse para convertir viscosidad dinámica y cinemática, siempre que se conozca la densidad del fluido.

Es importante decir que la viscosidad cinemática es análoga a la difusividad de la masa y el calor, siendo la difusividad del momento.

ν= ρ/μ

Diferencias entre viscosidad dinámica y cinemática

La adherencia dinámica, también conocida como viscosidad absoluta, es la medida de la resistencia interna del fluido al flujo. Por su parte, la viscosidad cinemática hace referencia a la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad.

Diferencias entre adherencia dinámica y cinemática

En base a los anterior, dos fluidos con las mismas viscosidades dinámicas, pueden tener viscosidades cinemáticas muy diferentes, en función de la densidad y viceversa. Por lo tanto, comprender el significado físico de estas dos propiedades puede no siempre es sencillo.

Fuerza y velocidad

La diferencia principal entre los dos tipos de adherencia, es que la viscosidad dinámica nos brinda información sobre la fuerza necesaria para hacer que el fluido fluya a una determinada velocidad. Por su parte, la viscosidad cinemática nos indica qué tan rápido se mueve el fluido cuando se aplica una determinada fuerza.

Unidades de medida

Otra diferencia entre estas dos propiedades es la singularidad de sus unidades. Es decir, las unidades de la adherencia dinámica se definen en mPa-s, que son unidades del SI, o el cP equivalente ( centipoises ), en el CGS. Por otro lado, las unidades de adherencia cinemática más comunes son cm2/s en unidades del SI, y cSt ( centistokes ) en CGS. Sin embargo, también se pueden medir en una serie de unidades arbitrarias en base a la industria o uso.

Ese es el caso de la medida Saybolt Universal Seconds (SUS), que se utiliza en la industria del petróleo. En esta industria, el tiempo requerido para 60 cm³ de líquido o gas, que fluye a través de un tubo calibrado a 38 °C, se utiliza como medida de viscosidad.

Otro ejemplo de medidas arbitrarias es el uso de “tazas” para medir el tiempo que una muestra determinada tarda en fluir a través de un embudo geométrico determinado. Estas mediciones no convencionales, se utilizan a menudo como índices de adherencia, sobre todo porque no son ideales para obtener resultados consistentes que puedan compartirse entre diferentes laboratorios.

Tipos de fluidos

En términos de viscosidad, hay dos tipos de fluidos que es necesario conocer: fluidos newtonianos, y fluidos no newtonianos. Explicamos ambos a continuación.

Fluidos newtonianos

En los fluidos newtonianos; la viscosidad del fluido no depende de las fuerzas de corte que actúan sobre él. En este tipo de fluidos, la resistencia al flujo es directamente proporcional al movimiento del fluido. Por lo tanto, la adherencia de los fluidos newtonianos depende únicamente de la temperatura y la presión del fluido. Además, para líquidos que no se pueden comprimir, como el agua, la viscosidad depende únicamente de la temperatura.

Fluidos no newtonianos

En este caso, la viscosidad es una función del esfuerzo cortante o de la velocidad de corte. Se pueden identificar muchos tipos de fluidos no newtonianos, incluyendo aquellos que varían con la duración del esfuerzo cortante aplicado. También están los fluidos que varían con el esfuerzo cortante, así como los fluidos que actúan como un sólido hasta cierto nivel de estrés y después comienzan a actuar como un fluido.

Importancia de la viscosidad en la vida diaria

Aunque la viscosidad puede pasar desapercibida la mayoría de las veces, en realidad es de gran importancia en muchas actividades de nuestra vida diaria.

Importancia de la viscosidad

Lubricación en vehículos

Por ejemplo, cuando ponemos aceite al vehículo, siempre hay que tener en cuenta la viscosidad. Eso es porque la adherencia afecta la fricción, y a su vez, la fricción, afecta el calor. Esto también influye en la tasa de consumo de aceite, y en la facilidad con la que nuestro coche se pondrá en marcha, ya sea en condiciones de frío o calor.

Algunos aceites para coche tienen una viscosidad más estable, mientras que otros están diseñados para reaccionar al calor o al frío. Por lo tanto, si el índice de viscosidad de nuestro aceite es bajo, puede volverse más delgado a medida que se calienta. Esto puede causar problemas al conducir el coche durante un día caluroso.

Preparación de alimentos

La adherencia también tiene un rol muy importante en la preparación de alimentos. Los aceites de cocina pueden cambiar o no de viscosidad a medida que se calientan. Otros por el contrario, se vuelven mucho más viscosos a medida que se enfrían. Los aceites, que son moderadamente viscosos cuando se calientan, se solidifican al momento de enfriarse.

Algunos líquidos viscosos aportan textura a los alimentos, como el caso de la miel. Es un alimento muy viscoso, que puede cambiar la sensación en la boca al comer.

Los equipos de fabricación

La maquinaria de fabricación requiere una lubricación adecuada para un óptimo funcionamiento. Si se utilizan lubricantes que son demasiado viscosos, se pueden atascar y obstruir las tuberías. Igualmente, los lubricantes que son demasiado líquidos brindan muy poca protección a las partes móviles.

Medicamentos

En la industria de los medicamentos, la viscosidad puede ser muy importante, ya que los líquidos se introducen en el cuerpo por vía intravenosa. Además, la viscosidad de la sangre es un problema importante.

Esto es porque la sangre que es demasiado viscosa, puede formar coágulos internos peligrosos. Por su parte, la sangre demasiado delgada no se coagula, por lo que se puede ocasionar una grave pérdida de sangre, e incluso la muerte.

Video sobre viscosidad:

Fuentes:

Britannica – Viscocity

https://www.britannica.com/science/viscosity

BYJU’S – Viscocity

https://byjus.com/physics/viscosity/

Chemestry LibreTexts – Viscocity

https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Physical_Properties_of_Matter/States_of_Matter/Properties_of_Liquids/Viscosity

CSC Scientific Company, Inc – Why Should You Measure Viscocity?

https://www.cscscientific.com/viscosity

Wikipedia – Viscocidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad