Viscosidad absoluta y cinemática

DEFINICIONES:

La viscosidad absoluta, también conocida simplemente como viscosidad, es una propiedad física que describe la resistencia interna de un fluido al fluir o deformarse bajo la influencia de fuerzas cortantes. En otras palabras, es la medida de la "pegajosidad" o la "fricción interna" que presenta un fluido cuando se mueve a diferentes velocidades o cuando se le aplica una fuerza externa.

Cuando un fluido es sometido a una fuerza cortante, como al deslizar una capa de fluido sobre otra (por ejemplo cuando se mezcla una combinación de líquids, o se transportan por un tubo), las diferentes capas tienden a moverse a diferentes velocidades debido a la resistencia interna del fluido. La viscosidad es la medida de esa resistencia y determina cómo las moléculas o partículas del fluido interactúan entre sí mientras se desplazan. Los fluidos con alta viscosidad presentan una mayor resistencia al flujo, mientras que aquellos con baja viscosidad fluyen más fácilmente.

Para entender la viscosidad, es útil comparar los diferentes comportamientos de dos tipos de fluidos comunes: el agua y la miel. El agua tiene una viscosidad baja y fluye libremente, mientras que la miel tiene una viscosidad alta y fluye de manera más lenta y espesa. Esto se debe a que las moléculas de agua tienen una menor fricción entre sí, mientras que las moléculas de la miel están más entrelazadas y experimentan una mayor fricción.

La viscosidad puede medirse en diferentes unidades, siendo las más comunes los centipoises (cP) y los pascal segundos (Pa·s). En ocasiones, también se utiliza la unidad milipascal segundo (mPa·s) para expresar viscosidades más bajas.

La viscosidad absoluta es un concepto esencial en la mecánica de fluidos y tiene un papel significativo en diversas aplicaciones, como la ingeniería, la química, la medicina y la industria. Entender y controlar la viscosidad es crucial para diseñar sistemas eficientes de transporte de fluidos, seleccionar lubricantes adecuados, mejorar la calidad de productos y comprender fenómenos naturales, como el flujo de lava volcánica o la circulación sanguínea en el cuerpo humano.

La viscosidad cinemática es otra propiedad importante que se utiliza para describir el comportamiento de los fluidos, pero es diferente de la viscosidad absoluta que mencionamos anteriormente. Mientras que la viscosidad absoluta, también conocida como viscosidad dinámica, mide la resistencia interna de un fluido al flujo, la viscosidad cinemática se relaciona con la facilidad con la que un fluido se desplaza y fluye a través de un medio determinado.

La viscosidad cinemática se obtiene dividiendo la viscosidad absoluta de un fluido por su densidad. Se denota comúnmente por la letra griega "ν" (nu) y su unidad en el Sistema Internacional es el metro cuadrado por segundo (m²/s). La fórmula para calcular la viscosidad cinemática es la siguiente:

Viscosidad cinemática (ν) = Viscosidad absoluta (μ) / Densidad (ρ)

Donde:

Viscosidad cinemática (ν) se mide en m²/s.

Viscosidad absoluta (μ) se mide en Pa·s o en unidades equivalentes como cP (centipoises) o mPa·s (milipascal segundos).

Densidad (ρ) se mide en kg/m³ o en unidades equivalentes.

La viscosidad cinemática es especialmente útil cuando se comparan líquidos con diferentes densidades. Permite evaluar cómo la resistencia al flujo se ve afectada por la densidad del fluido, lo que puede ser relevante en diversas aplicaciones, como en el diseño de sistemas de transporte de fluidos o en la selección de lubricantes para máquinas y motores.

En resumen, la viscosidad cinemática es una medida de la facilidad con la que un fluido fluye y se desplaza en función de su densidad y su viscosidad absoluta. Es una herramienta importante en la ingeniería y la industria para comprender y predecir el comportamiento de los fluidos en diferentes situaciones y aplicaciones técnicas.

UNIDADES DE MEDIDA:

Las unidades utilizadas para medir la viscosidad absoluta y la viscosidad cinemática pueden variar según el sistema de unidades que se emplee. Las unidades más comunes son las siguientes:

Viscosidad Absoluta:

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la viscosidad absoluta se mide en Pascal segundos (Pa·s). Un Pascal segundo es equivalente a un Newton segundo por metro cuadrado (N·s/m²).

Otra unidad comúnmente utilizada para medir la viscosidad absoluta es el Poise (P), que se define como un deciPoise (dP) igual a 0.1 Pa·s. A su vez, un centiPoise (cP) es igual a 0.01 Pa·s. El Poise lleva el nombre del físico francés Jean Louis Marie Poiseuille, quien hizo contribuciones importantes al estudio de la viscosidad.

Viscosidad Cinemática:

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la viscosidad cinemática se mide en metros cuadrados por segundo (m²/s).

Una unidad tradicional utilizada en el sistema cegesimal es el Stoke (St), que se define como un centímetro cuadrado por segundo (cm²/s). Un centiStoke (cSt) es igual a 0.0001 m²/s.

Es importante tener en cuenta que existe una relación entre la viscosidad absoluta y la viscosidad cinemática. Para obtener la viscosidad cinemática, se divide la viscosidad absoluta por la densidad del fluido, y las unidades de viscosidad cinemática son el resultado de la división de las unidades de viscosidad absoluta por las unidades de densidad. Por ejemplo, si la viscosidad absoluta se mide en Pa·s y la densidad en kg/m³, la viscosidad cinemática se medirá en m²/s.

En la práctica, en diferentes campos y aplicaciones, se pueden utilizar unidades adicionales para medir la viscosidad, como el centiPoise (cP) y el milipascal segundo (mPa·s) para la viscosidad absoluta, y el centiStoke (cSt) para la viscosidad cinemática. Estas unidades son particularmente comunes en la industria y en aplicaciones técnicas donde se manejan cantidades de viscosidad más pequeñas.

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LAS VISCOSIDADES:

Existen varios instrumentos utilizados para medir la viscosidad absoluta de los fluidos. Estos instrumentos se basan en diferentes principios y técnicas, y su elección depende del tipo de fluido, el rango de viscosidades a medir y la precisión requerida. Algunos de los instrumentos más comunes son:

- Viscometros de caída de bola (Viscometro de Stokes): Este viscosímetro se basa en la ley de Stokes y es adecuado para medir la viscosidad de líquidos transparentes o translúcidos con viscosidades relativamente bajas. Consiste en una esfera o bola que se deja caer a través del fluido, y se mide el tiempo que tarda en recorrer una determinada distancia. La velocidad de caída de la bola está relacionada con la viscosidad del fluido.

- Viscometros de placa paralela (Viscometro de placas o viscometro de cizallamiento): Estos viscosímetros miden la fuerza requerida para mover un fluido entre dos placas paralelas. Al aplicar una fuerza conocida, se mide la velocidad de deslizamiento del fluido y se obtiene la viscosidad. Son adecuados para medir viscosidades bajas y altas, y se utilizan ampliamente en la industria y laboratorios.

- Viscometros capilares (Ostwald o Ubbelohde): Los viscometros capilares utilizan un tubo capilar de diámetro conocido y miden el tiempo que tarda el fluido en fluir a través del capilar bajo la influencia de la gravedad. La viscosidad se calcula utilizando una fórmula específica. Son adecuados para una amplia gama de viscosidades y son comúnmente utilizados en aplicaciones industriales y de laboratorio.

- Viscometros rotacionales (Brookfield o viscometros de torsión): Estos viscometros utilizan una geometría rotacional para medir la resistencia al flujo de un fluido. Un rotor o eje sumergido en el fluido se hace girar a una velocidad constante y se mide la fuerza requerida para mantener el rotor en movimiento. La viscosidad se calcula en función de la fuerza y la velocidad de rotación. Son ampliamente utilizados en la industria debido a su versatilidad y precisión.

- Viscometros de tubo en U (Viscometro de vidrio en U): Estos viscometros consisten en un tubo en forma de U que contiene el fluido. La viscosidad se mide midiendo el tiempo que tarda el fluido en fluir desde un extremo del tubo al otro. Son adecuados para líquidos transparentes y líquidos de baja viscosidad.

Existen varios instrumentos utilizados para medir la viscosidad cinemática de los fluidos. Estos instrumentos se basan en diferentes principios y técnicas, y su elección depende del tipo de fluido, el rango de viscosidades a medir y la precisión requerida. Algunos de los instrumentos más comunes para medir la viscosidad cinemática son:

- Viscometros capilares: Al igual que para medir la viscosidad absoluta, los viscometros capilares también se utilizan para medir la viscosidad cinemática. Estos viscometros utilizan un tubo capilar de diámetro conocido, y el fluido fluye a través del capilar bajo la influencia de la gravedad. Sin embargo, en este caso, la viscosidad cinemática se calcula dividiendo la viscosidad absoluta por la densidad del fluido.

- Viscometros rotacionales: Los viscometros rotacionales también pueden utilizarse para medir la viscosidad cinemática. Estos viscometros utilizan una geometría rotacional y miden la resistencia al flujo de un fluido. Al medir la viscosidad absoluta y la densidad del fluido, se puede calcular la viscosidad cinemática.

- Viscometros de bola en tubo: Estos viscometros utilizan una bola que se desplaza a través de un tubo lleno de fluido. La velocidad de caída de la bola está relacionada con la viscosidad del fluido. Para medir la viscosidad cinemática, se divide la viscosidad absoluta por la densidad del fluido.

- Viscometros de desplazamiento de pistón: En estos viscometros, un pistón se mueve a través de una cámara llena de fluido, y la resistencia al movimiento del pistón está relacionada con la viscosidad del fluido. Al medir la viscosidad absoluta y la densidad del fluido, se puede calcular la viscosidad cinemática.

- Tubos de caída y esferas flotantes: En estos métodos, se mide el tiempo que tarda una esfera o un objeto en caer o flotar a través de un tubo lleno de fluido. La velocidad de caída o flotación está relacionada con la viscosidad del fluido, y al dividir la viscosidad absoluta por la densidad del fluido, se obtiene la viscosidad cinemática.

Agradezco sus comentarios sobre la anterior entrada del blog...

En el siguiente link puedes encontrar valores de viscosidades de varios liquidos y gases: Tabla de viscosidades