jueves, 26 de octubre de 2017

Viscosidad (cinemática y dinámica).


Viscosidad

¿Qué es la viscosidad? Pues la viscosidad es la propiedad que nos indica cuanta es la resistencia de un fluido a dejarse cortar cuando está en movimiento.

Sólo los sólidos pueden resistir esfuerzos de corte sin moverse; en el caso de los líquidos, necesariamente cuando son sometidos a este tipo de esfuerzos, se presenta movimiento.

Algo bien importante para entender el término es comprender que la viscosidad se presenta debido a que las diferentes moléculas del fluido presentan interacciones entre si.

Viscosities
By Synapticrelay (Own work) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons
Cuando vamos a dejar salir un líquido de un recipiente, por un orificio, en parte su velocidad depende de la viscosidad. El fluido se opone al movimiento y por tanto, esta oposición, que se debe a la viscosidad, es la que regula la velocidad con la que sale el líquido por el orificio. Claro, también hay términos como la dimensión del orificio, la forma, la profundidad a la que este se ubica, etc. que influyen, pero es claro que la viscosidad incide de manera importante.

Para comprender lo anterior, imaginemos dos vasos iguales,  cada uno con un orificio igual en el fondo. Ambos los llenamos, uno con agua y el otro con miel. Ahora, si miramos la velocidad a la que ambos se desocupan por el orificio, creo que para todos es claro que el vaso con miel tardará más en desocuparse que el vaso con agua.

Algo similar pasa cuando hacemos circular un fluido por alguna tubería. Decimos que se presentan unas pérdidas y siempre las asumimos como debido a la "fricción". En este caso hay que aclarar que estas pérdidas se presentan debido a la viscosidad del líquido y que, si lo asemejamos a la fricción, se deben a la fricción del líquido con el mismo líquido (es decir a la resistencia del líquido al corte) y no a la fricción del líquido con el interior del tubo. Es decir, a la fricción interna del líquido y no a la fricción del líquido con el tubo.

Poiseuille abstraction
By Poiseuille_abstraction.JPG: Grajales at English Wikipedia derivative work: Antonysigma [Public domain], via Wikimedia Commons

¿Cómo influye la temperatura en la velocidad de los líquidos?

En el caso de los líquidos la viscosidad decrece a medida que la temperatura aumenta. Lo anterior es crítico en algunos casos, por ejemplo en los aceites de los motores de los vehículos donde se busca que la viscosidad no disminuya mucho a medida que el motor se calienta, ya que el lubricante no sería tan eficiente.

De manera informal no solemos hablar de viscosidad, sino que hablamos de lo espeso que se encuentra una sustancia.

Cuando hablamos de la resistencia de un fluido (ver el ejemplo antes citado del fluido dentro de un tubo), no estamos alejados de la definición de la viscosidad, toda vez que la fuerza necesaria para cortar el fluido, y por lo tanto para que se mueva, se debe a la resistencia que oponen las moléculas a su movimiento, debido a las colisiones que se presentan entre partículas cercanas entre si.

Aunque no existe, hablamos de un fluido ideal, que es aquel que no tiene viscosidad. Es decir, aquel que se mueve sin pérdidas; que podemos mezclar sin gasto de energía; etc. Se aproximan a líquidos ideales, sin viscosidad, sólo algunos superfluidos a temperaturas muy bajas.

Para medir la viscosidad se utilizan diversos métodos e instrumentos, tales como los viscosímetros y los reómetros.

La reología es la rama de la física que se dedica al estudio de la viscosidad, a la relación entre el esfuerzo y la deformación en los fluidos.
Honey from jar
By ProjectManhattan (Own work) [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons
¿Hay varios tipos de viscosidad? 

¿Hay diferencia entre la viscosidad dinámica y la cinemática?

La viscosidad se puede clasificar en dos tipos: La viscosidad dinámica (μy la viscosidad cinemática (v). La viscosidad dinámica (también conocida como la viscosidad absoluta) hace referencia a la resistencia interna del fluido a dejarse cortar (o a que las moléculas se deslicen entre si). La viscosidad cinemática está relacionada con la densidad del fluido. Es decir, hace referencia a la oposición del fluido a dejarse cortar por la fuerza de la gravedad, lo que se obtiene con el cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del líquido... es decir, entre más denso el líquido, tiene menor viscosidad cinemática.

¿Con qué se mide la viscosidad?

Dentro de los métodos y/o instrumentos para medir la viscosidad podemos citar:

- Viscosímetros de rotación.
- Viscosimetro Stabinger.
- Viscosímetros de vibración.

Fuentes y textos para profundizar:

[1] Duarte Agudelo, Carlos Arturo y Niño Vicentes José Roberto. Introducción a la Mecánica de Fluidos. Universidad Nacional de Colombia - Facultad de ingeniería. Colección 145 años.




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