Viscosidad

VISCOSIDAD
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.
DETERMINACIÓN DE LAVISCOSIDAD
El comportamiento de los fluidos bajo la acción de fuerzas aplicadas es tema de estudio de la mecánica de fluidos. Sin embargo, el estudio del comportamiento viscoso de los fluidos pertenece al campo de la reología, que es la ciencia que estudia el flujo y la deformación de los materiales. Antes que todo, es importante conocer los conceptos de esfuerzo y deformación para los fluidosviscosos. Para ello considere la figura 1, que muestra una situación de flujo cortante simple. Aquí se tiene un líquido entre dos placas separadas una distancia L. La placa superior se mueve a una velocidad constante v debido a la acción de una fuerza





FIGURA 1. Diagrama de un fluido en flujo cortante simple.

En este caso, el esfuerzo de corte τ que ejerce la placa superior al líquido estádefinido por:

(1)
Donde A es el área de la placa superior en la cual se aplica la fuerza. Las unidades del esfuerzo en el Sistema
Internacional (SI) son los Pascales ó N/m2. Así mismo, la deformación que se genera en el fluido está expresada por:


(2)
Donde x es el desplazamiento del material y L es el espaciamiento entre la placa superior y lainferior. Note que este caso es idéntico a la deformación elástica por corte que sufre un material sólido, en cuyo caso, la deformación es finita y se mantiene constante hasta que se retira la fuerza o equivalentemente el esfuerzo. Sin embargo, para los fluidos no ocurre así, ya que esta deformación se incrementa paulatinamente hasta que se remueve la fuerza. Por ello, es que en los fluidos es más útil elconcepto de rapidez de deformación, que representa a la variación de la deformación respecto del tiempo, esto es,

(3)
Las unidades de la rapidez de deformación son s−1. Si la distancia L se mantiene constante, se tiene,
(4)

Donde v es la velocidad de la placa superior. En los sólidos, el módulo de corte es una propiedad característica del material que representa laresistencia a ser deformado y se expresa como la razón entre el esfuerzo de corte y la deformación unitaria. Para los fluidos, de manera similar, existe una propiedad característica que representa la resistencia a fluir, esta propiedad es la viscosidad η y se define como la razón entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación, es decir,
(5)

Las unidades dela viscosidad en el SI son Pas. Así, para conocer el comportamiento viscoso de un líquido es necesario determinar el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación. Estas cantidades dependen del área de contacto, de la fuerza necesaria para mover la placa superior a una velocidad constante v y del espaciamiento entre las placas. En este análisis se considera que se mantienen las mismas condicionestermodinámicas de presión, volumen y temperatura.
Al gráfico del esfuerzo de corte y la rapidez de deformación se le conoce como curva de flujo o reográma.
La figura 2 ejemplifica las curvas de flujo típicas que permiten mostrar algunas diferencias entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos. Es de mencionar, que la pendiente de estas curvas representa el comportamiento viscoso enfunción de la rapidez de deformación. Por ejemplo, para el caso del fluido newtoniano es evidente que la viscosidad es constante e independiente de la rapidez de deformación. Sin embargo, para el fluido no newtoniano adelgazante (también conocido como seudoplástico), la viscosidad (la pendiente de la curva) disminuye al incrementarse la rapidez de deformación. El caso contrario se presenta en el...