Hemos observado alguna vez que los líquidos no son todos iguales. Algunos fluyen con facilidad y otros son espesos y pegajosos y casi ni se mueve cuando los suspendemos en el aire. ¿Por qué la salsa de tomate tarda tanto salir de la botella? ¿ a qué se debe que cada fluido fluya o no?
Todas estas interrogantes tienen una respuesta, la viscosidad. A continuación se va a definir lo que es la viscosidad, sus características, los factores que la afecta y la importancia de conocer este parámetro.
Concepto de viscosidad
Se puede definir la viscosidad como la medida de la resistencia a la deformación de un fluido. También se puede decir que es la posición de un fluido a las deformaciones tangenciales.
Los gases y los líquidos se caracterizan por tener viscosidad, la cual se puede decir que es la resistencia que tiene los fluidos, esta resistencia es resultante de los efectos de la cohesión y la adherencia
Esta cohesión es gracias a las fuerzas intermoleculares que poseen tanto los líquidos como los gases. Mientras más fuertes son las fuerzas intermoleculares, más viscosidad va a presentar un fluido. Ejemplo el agua presenta más viscosidad que la gasolina, esto debido a que el agua presenta fuerzas intermoleculares más fuerte (puente de hidrogeno).
Por otro lado los fluidos gaseosos poseen menos resistencia a fluir que los líquidos, esto es porque las moléculas de los gases están muy separadas haciendo que sus interacciones sean débiles (fuerzas intermoleculares débiles).
La reología es una de las ramas de la física y es la ciencia que se encarga del estudio de la deformación y el fluir. Estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación de los materiales y su comportamiento al fluir.
Unidades de medida
Las unidades para la viscosidad dinámica son variadas y esta se muestra a continuación:
- En el Sistema Internacional de Unidades es el Pascal por segundo [Pa.s].
- En el sistema cegesimal es el poise (P), y es en honor al científico francés Jean Louis Marie Poiseuille. 1P = 0,1 Pa.s
Mientras que la viscosidad cinemática tiene las siguientes unidades:
- En el Sistema Internacional de Unidades es [].
- En el sistema cegesimal es el Stokes [st]
Tipos de fluidos
Los fluidos pueden clasificarse en base a la correlación entre el esfuerzo cortante y a su deformación resultante. Se puede clasificar en dos tipos, están los fluidos newtonianos y los no newtonianos. Estos se definen a continuación:
- Los fluidos newtonianos: Es aquel tipo de fluido en los la viscosidad es independiente al gradiente de velocidad. La relación entre el esfuerzo cortante y su deformación es lineal, Es decir se puede considerar que la viscosidad de estos tipos de fluidos es constante en el tiempo.
Ejemplo de algunos fluidos que se pueden comportar como fluidos newtonianos son la miel, el sirope de maíz, leche, aceites comestibles, leche, entre otros.
- Fluidos no newtonianos: Es aquel tipo de fluido donde su viscosidad varía con el gradiente de velocidad. Como resultado de esto, la viscosidad de los fluidos no newtonianos no tiene un valor de viscosidad definido y constante a diferencia de los fluidos newtonianos.
Ejemplo de fluido no newtoniano se puede mencionar las pinturas, mayonesa, mermeladas, sangre humana, yogurt, diluciones jabonosas, mantequilla, entre otros.
Tipos de viscosidad
- Viscosidad dinámica o absoluta (μ): La viscosidad dinámica es una propiedad que indica la mayor o la menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a cargas constantes. Esta viscosidad está representada por la letra griega miu (μ).
También se puede decir que la viscosidad absoluta es la relación entre el gradiente de velocidad y el esfuerzo cortante.
- Viscosidad cinemática (ν): Es la medida de resistencia interna de un fluido al fluir bajos los efectos de la fuerza de gravedad. También se puede decir que es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido.
- Viscosidad aparente (η): Se define como el cociente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación para un fluido de comportamiento no lineal, es decir, para un fluido no newtoniano.
- Viscosidad extensional (μe): Se define como la viscosidad que presenta un fluido no newtoniano cuando se aplica un esfuerzo de tracción sobre él. Es una relación entre el esfuerzo y la deformación en el eje donde se produce.
Factores que alteran la viscosidad
- Variaciones de la viscosidad con la temperatura: Unos de los factores que afecta fuertemente a la viscosidad es la temperatura. La mayoría de los fluidos al aumentar la temperatura disminuye la temperatura, solos los gases aumenta su viscosidad con el aumento de la temperatura.
La disminución de la viscosidad se debe al movimiento de las moléculas que causa las altas temperaturas, esto causas que sus fuerzas intermoleculares sean más débiles, disminuyendo su cohesión molecular.
Subir la temperatura para disminuir su viscosidad se emplea en muchas empresas para facilitar el transporte de los fluidos, pero teniendo cuidado de no alterar otras propiedades físicas.
- Variación de la viscosidad con la presión: Cuando se aumenta la presión, aumenta gradualmente la viscosidad. Este comportamiento es debido a que está disminuyendo las distancias entre las moléculas y en consecuencia a esto, genera un incremento de sus fuerzas intermoleculares experimentando un aumento de su cohesión molecular.
- Variación de la viscosidad con la aplicación de fuerzas de deformación: Conforme aumenta el tiempo de aplicación de la deformación, el fluido puede disminuir su viscosidad y esto se denomina como fluido tixotrópico. Mientas los que aumenta la viscosidad por la aplicación de deformación constante se denomina fluido reopectico.
Instrumentos de medición
Para cuantificar se emplea un equipo que se denomina viscosímetro, este se emplea para medir la viscosidad de diversos líquidos. Estos equipos no solamente es empleado a nivel de laboratorio, a nivel industrial también se emplean los viscosímetros (sobre todo en empresas lubricantes, de alimentos, petróleo, entre otros). Algunos de los viscosímetros más usados son:
- Viscosímetros de Brookfield: Mide el parámetro gracias a la torsión que genera al fluido.
- Viscosímetro Saybolt: Se usa para comparar viscosidades entres diferentes fluidos.
- Viscosímetro Scheitler: Empleado para medir la viscosidad en disoluciones azucaradas.
- Viscosímetro de Oswald-Cannon-Fenske: Se emplea para medir la viscosidad cinemática de un fluido.
