Viscosidad

5 – MECANICA Y FLUIDOS:
Viscosimetría, método clásico o de Stokes
CONTENIDOS
Fuerzas de Fricción en Fluidos. Métodos Industriales de Determinación de la Viscosidad
Método de Stokes. Ecuación del movimiento. Velocidad límite. Expresión de la Viscosidad.
Unidades. Cálculo de errores.
OBJETIVOS
Interpretar el concepto de viscosidad
Determinar la viscosidad utilizando diferentes métodos.Calcular los errores experimentales en la determinación de la viscosidad y
estimar las correcciones necesarias.

V.1

FUNDAMENTOS TEORICOS

V.1.1

Fuerzas de Fricción en Fluidos (definiciones, unidades y propiedades)

Cuando dos cuerpos se ponen en contacto aparecen fuerzas disipativas en los
puntos comunes a ambos, explicadas como la suma de un gran número de interacciones
molecularesentre los cuerpos. Este valor macroscópico, de tipo estadístico, se denomina
habitualmente fuerza de fricción. Cuando se trata de líquidos o fluidos, las fuerzas de fricción
se denominan fuerzas viscosas. En este caso se suele imaginar al líquido como si estuviese
compuesto por muchas capas de espesor infinitesimal, que se deslizan unas sobre otras, como
si entre ellas existiese unmovimiento relativo. El rozamiento de una capa con otra generaría
las fuerzas viscosas y así cada líquido tendría una particularidad llamada su viscosidad.
Se denomina viscosidad a la propiedad que tienen los líquidos de ofrecer cierta
resistencia al movimiento entre dos capas próximas. Así, si una fuerza de 1 dina desplaza
una capa líquida de 1 cm2 de superficie, a una distancia de 1 cm con unavelocidad de 1 cm/s,
la viscosidad dinámica ( η ) es de 1Poise.
Las dimensiones de la viscosidad dinámica definida así son: g/(cm*s),
denominada Poise (P) en honor de Poiseuilles, quien describió una fórmula para calcular el
volumen de fluido que pasa por un tubo en un intervalo de tiempo.
La viscosidad dinámica en el SI (Sistema Internacional) se expresa como
kg/(m*s), siendo por lo tanto 1kg/(m*s) = 10 Poise.
En la parte técnica es más frecuente usar el concepto de viscosidad cinemática
( γ ) que se define como el cociente entre la viscosidad dinámica de un fluido y su densidad.
La unidad de medida se llama Stokes = cm2/s

γ =

42

η
d

Stoke = Poise * cm3/g = g/(cm*s) * cm3/g = cm2/s
A veces, resulta más conveniente trabajar con otro concepto relacionado con la
mayoró menor capacidad de un líquido para fluir. Cuanto más viscoso es un líquido, menor
será su capacidad de fluir. Por ello se define un índice llamado coeficiente de viscosidad ( φ )
que es la inversa de la viscosidad dinámica. Su unidad es Poise-1
1
η
Los cálculos teóricos para determinar la viscosidad de líquidos escapan al
presente curso de Física, y son extraordinariamente complejos.Algunos conceptos
tradicionales como la distribución de velocidades dentro de una cañería, como la fórmula de
Poiseuilles, etc., se pueden encontrar en la bibliografía. Aquí, sólo se remarcan algunas
propiedades de tipo práctico y se discutirán las maneras de medir viscosidad de líquidos para
fines industriales. Tal vez, la propiedad más conocida sea la relación que existe entre la
temperatura yviscosidad de un fluido. La viscosidad de los líquidos disminuye a medida que
aumenta la temperatura, mientras que en el caso de los gases, aumenta la viscosidad con el
aumento de la temperatura. También existe una relación entre la viscosidad y la presión. En
el presente práctico se trabajará a presión atmosférica para simplificar las mediciones.

φ =

V.1.2

Métodos Industriales deDeterminación de la Viscosidad

Como las determinaciones de la viscosidad, junto con la teoría que las explica
siempre fueron muy complejas, desde siempre se trató de medir en forma práctica este
concepto, de manera tal que fuese útil para la mayoría de los fines industriales. Así, han
aparecido diferentes índices, que están más o menos relacionados con la viscosidad
propiamente dicha y que...