fluidos Viscosos

TEMA 2. FLUIDOS VISCOSOS.
2.1. Variación de la viscosidad con la velocidad de deformación.
2.2. Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla.
2.3. Variación de la viscosidad con la temperatura.
2.4. Variación de la viscosidad con la presión.

2. FLUIDOS VISCOSOS. CONCEPTO DE VISCOSIDAD.

El concepto de viscosidad nació con Newton, cuando en su obra "PhilosophiaeNaturalis.
Principia Matematica" afirmó que la resistencia ejercida, y que surge a partir de una falta
en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la
velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí. De este modo, se establece
la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para
producir ungradiente de velocidades en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad
un factor que describe "la capacidad de deslizamiento de un fluido" (más tarde esta
constante de proporcionalidad fue llamada viscosidad). La hipótesis propuesta por Newton
se suele representar con un esquema como el de la Figura 2.1, en el que se muestra dos
superficies de superficie A, separadas por una distancia Y,estando una de ellas sometida a
una fuerza F que le provoca una velocidad V. Al mismo tiempo, se suele describir
matemáticamente los principios establecidos por Newton a partir de una expresión
matemática como la ecuación 2.1:

σ =μ

dγ
dt

(2.1)

donde:50
σ es el esfuerzo por unidad de área o esfuerzo de cizalla (F/A).
dγ

dt es el gradiente de velocidades, también llamado velocidadde

deformación o velocidad de cizalla ( dV dX ).

Hay que decir que dependiendo del libro consultado, y del significado de "esfuerzo
por unidad de área", es posible encontrar expresiones alternativas, todas ellas válidas en el
contexto adecuado:
τ =μ

dγ
dt

(2.1a)

τ =-μ

dγ
dt

(2.1b)

1

La viscosidad de un fluido Newtoniano se suele representar con la letra griega μ,pero para fluidos no Newtonianos la viscosidad aparente se suele representar entonces con
la letra griega η.

F
V

A
Y

Figura 2.1. Experimento hipotético basado en las afirmaciones de Newton.

En la tabla 2.1, se muestra una guía aproximada del rango de viscosidades para
diversos materiales a temperatura ambiente y presión atmosférica.
Tabla 2.1. Valores de viscosidad para diversosmateriales.

Líquido

Viscosidad aproximada (Pa-s)

Vidrio fundido(500ºC)

1012

Bitumen

108

Polímeros fundidos

103

Jarabes

102

Miel líquida

101

Glicerol

10-1

Aceite de oliva

10-2

Agua

10-3

Aire

10-5

De acuerdo con lo expuesto, es posible definir lo que se conoce como fluido
Newtoniano. Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyovalor de viscosidad, a

2

una presión y temperatura dadas, es único para cualquier velocidad de cizalla, siendo
independiente del tiempo de aplicación de la cizalla.

Las desviaciones posibles de este comportamiento se pueden agrupar:
1) Variación de la viscosidad con la velocidad de cizalla
2) Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla

Para líquidosNewtonianos, la viscosidad también se denomina coeficiente de
viscosidad. Este coeficiente, en determinados fluidos deja de ser constante para convertirse
en una función de la velocidad de deformación del fluido, apareciendo el término de
viscosidad aparente o a veces viscosidad dependiente de la velocidad de cizalla.

La unidad de medida de viscosidad en el sistema internacional es el Pa s, aunqueel
Poise, la unidad de medida del sistema cgs, está más ampliamente difundida. La relación
entre ambas es:
1 mPa-s=1 cP

La viscosidad real de los materiales puede ser afectada significativamente por
factores como velocidad de cizalla, temperatura, presión y tiempo de cizalla, aunque de
todos ellos, la velocidad de cizalla es el factor más interesante desde el punto de vista
reológico....