Viscosidad del aire
La recopilación de datos sobre la viscosidad de un material permite a los fabricantes predecir cómo se comportará el material en el mundo real. Por ejemplo: si la pasta de dientes no tiene la viscosidad correcta, puede ser demasiado difícil de bombear desde el tubo, o bombear demasiado.
Sólo tenía razón en parte. Algunos fluidos, como el agua y la miel, se comportan de esta manera. A estos fluidos los llamamos fluidos newtonianos. Sin embargo, la mayoría de los fluidos tienen viscosidades que fluctúan en función de la velocidad de cizallamiento. Estos fluidos se denominan fluidos no newtonianos.
Las mediciones de la viscosidad se utilizan en la industria alimentaria para maximizar la eficacia de la producción y la rentabilidad. Afecta a la velocidad a la que un producto se desplaza por una tubería, al tiempo que tarda en cuajar o secarse y al tiempo que se tarda en dispensar el fluido en el envase. El proceso de producción tiene que diseñarse teniendo en cuenta la viscosidad del producto, asegurándose de que las tuberías estén inclinadas para optimizar el flujo, o que los dispensadores proporcionen la cantidad correcta de fuerza para inducir el flujo, pero no tanta como para que el envase se llene en exceso.
Viscosidad del agua
El flujo a través de medios porosos es omnipresente en muchos sistemas naturales e industriales. Los ejemplos incluyen el flujo a través de tejidos biológicos, vasos sanguíneos y huesos [1-3] o a través de suelos, sedimentos y rocas, con un interés de larga data en hidrología [4, 5], petróleo [6] e ingeniería química [7-9]. A números de Reynolds bajos (Re≪1), el flujo volumétrico de un fluido newtoniano que fluye a través de medios porosos se describe mediante la ley de Darcy
donde q es el caudal medio por unidad de superficie, también llamado velocidad de Darcy y μ es la viscosidad dinámica. La variable κ es la permeabilidad y Δp/L es la caída de presión a lo largo de la distancia L. La constante de proporcionalidad K = κ/μ se denomina conductividad hidráulica y puede derivarse de la ecuación de Stokes asumiendo una relación lineal entre las fuerzas viscosas y la velocidad de flujo [10].
Mientras que la ley de Darcy es una buena descripción para el comportamiento en masa de un fluido cuya viscosidad μ es constante, muchos fluidos relevantes, por ejemplo, en la industria alimentaria [11-13] y del petróleo [14, 15], muestran una ley constitutiva mucho más compleja. Para la mayoría de estos fluidos denominados no newtonianos, la viscosidad puede describirse mediante una función no lineal del tensor de velocidad de tensión-deformación E o, más concretamente, su primera invariante principal γ˙=12E:E [16]. Debido a la heterogeneidad de las velocidades de flujo en el espacio intersticial de los poros, las tasas de corte varían considerablemente dentro de los medios porosos. En el caso de los flujos no newtonianos, el acoplamiento de las ecuaciones constitutivas con el campo de flujo conduce a una resistencia viscosa variable en el espacio. En consecuencia, la relación entre la velocidad de Darcy y la caída de presión ya no puede describirse mediante una función lineal como en el caso de los fluidos newtonianos. Para obtener una ecuación de masa para el flujo que sea lineal en la caída de presión, debe utilizarse una viscosidad efectiva μeff -que a su vez depende de las variables del flujo- para tener en cuenta los efectos no lineales, es decir,
Unidad de viscosidad
Encontrar la viscosidad de un líquido midiendo la velocidad de las bolitas que se hunden en los tubos altos, y aplicando la ecuación de Stoke. Se llenan dos tubos largos con líquidos de diferente viscosidad, uno con agua y el otro con glicerina. Ambos tubos tienen dos anillos oscuros separados por un metro.
La viscosidad es la fricción interna de un fluido. Las fuerzas viscosas se oponen al movimiento de una parte del fluido con respecto a otra. La viscosidad se denota por η (eta) como la relación entre el esfuerzo cortante (Fuerza/Área) y la velocidad de deformación. El esfuerzo cortante es la fricción entre las partículas del fluido que se deslizan unas sobre otras. Se define como la fuerza tangente a la superficie del material dividida por el área en la que actúa. La velocidad de deformación es la velocidad de cambio de la deformación o tensión en un material. Se da como la velocidad de la superficie en movimiento dividida por l (la longitud original del material). Esta ecuación se presenta a continuación:
La viscosidad también depende mucho de la temperatura. En el caso de los gases, cuando la temperatura aumenta la viscosidad aumenta. En el caso de los líquidos, cuando la temperatura aumenta la viscosidad disminuye. Para nuestra demostración, mantendremos ambos tubos a temperatura ambiente (20° C) con poca o ninguna fluctuación de calor.
Calculadora de viscosidad
La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a la deformación a una velocidad determinada. En el caso de los líquidos, corresponde al concepto informal de “espesor”: por ejemplo, el jarabe tiene una viscosidad mayor que el agua[1].
La viscosidad cuantifica la fuerza de fricción interna entre las capas adyacentes del fluido que están en movimiento relativo. Por ejemplo, cuando un fluido viscoso es forzado a pasar por un tubo, fluye más rápidamente cerca del eje del tubo que cerca de sus paredes. Los experimentos demuestran que se necesita cierta tensión (como una diferencia de presión entre los dos extremos del tubo) para mantener el flujo. Esto se debe a que se necesita una fuerza para superar la fricción entre las capas del fluido que están en movimiento relativo. Para un tubo con un caudal constante, la fuerza de compensación es proporcional a la viscosidad del fluido.
En general, la viscosidad depende del estado de un fluido, como su temperatura, presión y velocidad de deformación. Sin embargo, la dependencia de algunas de estas propiedades es insignificante en ciertos casos. Por ejemplo, la viscosidad de un fluido newtoniano no varía significativamente con la velocidad de deformación. La viscosidad nula (sin resistencia al esfuerzo de cizallamiento) sólo se observa a temperaturas muy bajas en los superfluidos; por lo demás, la segunda ley de la termodinámica exige que todos los fluidos tengan viscosidad positiva[2][3] Un fluido que tiene viscosidad nula se denomina ideal o no viscoso.