Significado de viscosidad (dinámica y cinemática) Definición, diferencia, y factores
MSc. Licenciada en Química
Definición formal
La viscosidad supone una 'fuerza interna' de las moléculas de una sustancia que fluye, actuando como una resistencia, oposición al movimiento o a la deformación al desplazarse.
Si esta fuerza interna es grande, pues la sustancia tendrá una menor tendencia a fluir, o dicho de otra forma, habrá que aplicar mayor fuerza externa para hacer fluir dicha sustancia. Cuando la fuerza interna es pequeña, la sustancia fluye fácilmente. Por ejemplo el crudo fluye más lento que el agua porque tiene una mayor viscosidad.
La fluidez es el inverso de la viscosidad, entendiendo la facilidad con la que los líquidos pueden moverse. Mientras mayor sea la viscosidad más se parecerá el fluido a un sólido; por ejemplo a temperatura ambiente, la viscosidad del agua es 10 milipascales por segundo (mPa.s), mientras que el vidrio tiene una viscosidad de 1043 mPa.s, por eso el vidrio parece un sólido, pero realmente es un fluido muy viscoso.
Todos los fluidos tienen viscosidad, ya que esta es una propiedad de los fluidos sin embargo, existen fluidos que no tienen viscosidad, es decir la fuerza de fricción entre sus moléculas es nula y no ofrecen resistencia al desplazamiento. Estos se reconocen como superfluidos o fluidos ideales.
Diferencia entre la viscosidad dinámica y cinemática
Existen dos formas en las que se suele expresar la viscosidad, dinámica (o absoluta) y cinemática (o relativa).
La viscosidad dinámica, es el término adjudicado a la viscosidad en sí. Newton lo describe como la relación de la velocidad del movimiento del fluido entre el esfuerzo cortante (tensiones de tracción). Generalmente se representa con la letra μ y se mide en unidades de Pascal por segundo (Pa.s) que, según el sistema internacional de unidades (SI), es N.s/m2 o Kg/m.s. Otra unidad bastante común en la que se mide la viscosidad absoluta es el poise o centipoise (cpo). En el sistema cegesimal un poise es igual a un g/cm.s.
Por su parte, la viscosidad cinemática relaciona la viscosidad absoluta, μ y la densidad de la sustancia, ρ.
\(viscosidad~cinem\acute{a}tica=\frac{viscosidad~din\acute{a}mica}{densidad}\)
Se representa con la letra griega ν y se mide en metros cuadrados por segundo o centímetros cuadrados por segundo. Un centímetro cuadrado por segundo se conoce como stoke (St). La relación entre un centipoise (cp) y el centistoke (St) es la siguiente: 1 cp = 1 cSt. densidad. Se puede pasar de una unidad a otra simplemente multiplicando o dividiendo por la densidad.
Temperatura y presión como factores determinantes
En la mayoría de las sustancias la viscosidad disminuye con la temperatura. Esta disminución generalmente es exponencial, por ejemplo al calentar un aceite en la cocina podrás observar que éste fluye con mayor facilidad. Este fenómeno obedece al hecho de que al incrementar la temperatura se incrementa la energía cinética de los átomos, haciendo que se supere la interacción interna entre ellos y en consecuencia se disminuya la viscosidad.
La viscosidad también es susceptible a los cambios de presión. Es posible generalizar que el ascenso de la presión incrementa la viscosidad. Cuando se comprimen los líquidos o fluidos podemos imaginar que las distancias entre las moléculas se están achicando y por lo tanto se fortalece su interacción, es decir, se aumenta esa fuerza interna, la viscosidad. Este efecto es importante por ejemplo en los lubricantes, dado que este tipo de sustancia debe soportar altas presiones durante su uso.
Cómo se mide la viscosidad
Para medir la viscosidad se utilizan unos dispositivos llamados viscosímetros o reómetros. Existen diferentes tipos de viscosímetros, los cuales se diferencian entre sí de acuerdo a su principio de funcionamiento. Los podemos agrupar en tres tipos, los rotacionales como el Brookfield, los capilares y los de cuerpo móvil.
Uno de los viscosímetros más utilizados es el viscosímetro de Brookfield. Consiste en un rotor que hace girar unas paletas o móviles, que se introducen en el fluido a medir. La viscosidad se relaciona con el empuje que el motor debe ejercer para mover estas paletas. Este viscosímetro, a pesar de ser más versátil es más costoso que los de tipo capilar o cuerpo móvil.
Otros viscosímetros, que son de uso común en los laboratorios, son los llamados viscosímetros capilares. Algunos de ellos están fabricados de vidrio y se conocen como viscosímetros Ubbelodhe, Ostwald, Cannon-Frenske, etc. Para medir la viscosidad en estos dispositivos se hace pasar el fluido a través de un tubo capilar y se mide el tiempo en que tarda en atravesar dicho tubo. La viscosidad se relaciona con este tiempo y con la constante del viscosímetro que depende de la longitud y radio del capilar, la caída de presión y el volumen del fluido. Para determinar la constante, los viscosímetros se calibran con líquidos de viscosidad conocida.
En los viscosímetros de cuerpo móvil se introduce una esfera o disco (previamente calibrado) en el fluido. El más empleado es el viscosímetro de caída de bolas, donde la viscosidad se determina en relación a la velocidad de caída y al radio y la densidad de la esfera.
Bibliografía
Burns R. Fundamentos de Química. 2da ed. Prentice Hall Hispanoamerica, s.a. 1996
Siga en Viscosidad (parte 2)
Trabajo publicado en: Abr., 2021.
