Viscosidad

La Viscosidad

El concepto de viscosidad nació con Newton, cuando en su obra "Philosophiae Naturalis.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 laproporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para producir un gradiente 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, enel 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 dydt (2.1)

donde:

σ es el esfuerzo porunidad de área o esfuerzo de cizalla (F/A).
dy/dt es el gradiente de velocidades, también llamado velocidad de 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 dydt (2.1 a)

τ=- μ dydt(2.1 b)

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.

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.

De acuerdo con lo expuesto, es posible definir lo que se conoce como fluido Newtoniano. Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a
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 líquidos Newtonianos, 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 aparenteo a veces viscosidad dependiente de la velocidad de cizalla.

La unidad de medida de viscosidad en el sistema internacional es el Pa s, aunque el 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.

Medida de la Viscosidad

Si bien existen varios procedimientos de laboratorio para medir la viscosidad, el más usual es el de la Viscosidad Cinemática, que consiste en hacer pasar una cantidad definida de aceite (unos 15 cm3) por un pequeño tubo capilar,manteniendo fija la temperatura (que para aceites automotrices es de 100°C).
El laboratorista controla el tiempo que demora en pasar este aceite, y luego transforma ese tiempo en una escala de viscosidad. Es decir que un aceite es más viscoso cuanto más tiempo tarda en escurrirse por el capilar.
Deben evitarse las estimaciones de viscosidad sensitivas o "a dedo" porque conducen a errores,...