Viscosidad: ejemplos, causas, unidades, tipos
La viscosidad es una medida del roce que experimenta una porción de un fluido (líquido o gaseoso) y sus moléculas cuando se desplaza en una dirección. Esta propiedad también se relaciona con la resistencia que presenta un fluido a sufrir una deformación.
Algunos ejemplos de viscosidad o sustancias viscosas son la miel, el aceite, la pasta de dientes, el gel o champú para el cabello, los jarabes de farmacia, y algunos elementos químicos como el mercurio.
La viscosidad viene a ser un nivel de la “espesura” de un fluido. Hay líquidos que fluyen muy fácilmente, por ejemplo, el agua, por lo que se les denomina fluidos “livianos”. Mientras, tenemos líquidos que fluyen lentamente, como el kétchup (pasta de tomate), los cuales se denominan “espesos”. En este sentido, la fluidez sería lo contrario a la viscosidad.
Otra forma de expresar la viscosidad de una sustancia es en relación a su penetrabilidad. Entonces, la viscosidad también es una medida de la resistencia que presenta un fluido al movimiento de un cuerpo u objeto a través de ellos.
Se observa, por ejemplo, que unos granos de maíz se hunden sin dificultad en el agua: un líquido de baja viscosidad. Sin embargo, lo hacen muy lentamente en la miel: un líquido viscoso.
En comparación al agua, el aire presenta una viscosidad de 1,983·10-5 Pa·s; es decir, alrededor de 100 veces menor. Mientras un sólido, como el vidrio, presenta una viscosidad altísima, por el orden de los 1040 Pa·s.
Índice del artículo
- 1 Causas de la viscosidad
- 2 Definición y unidades
- 3 Fórmula de la viscosidad
- 4 Tipos de viscosidad
- 5 Viscosidad del agua
- 6 Ejemplos de sustancias viscosas
- 7 Referencias
Un líquido cuando se mueve a baja velocidad, se descompone en láminas que se mueven unas con relación a las otras. Las láminas en contactos con las paredes del conducto se mueven con menor velocidad, ya que experimentan un mayor roce.
No obstante, las láminas del líquido que se ubican hacia la parte central del mismo, se mueven con mayor velocidad, ya que experimentan un menor roce. Este tipo de flujo se denomina laminar. Pero cuando la velocidad del líquido alcanza una velocidad crítica, se convierte en un flujo turbulento, de mayor viscosidad.
La viscosidad es la fuerza que debe suministrarse a una lámina del líquido para vencer la fuerza de roce que experimenta con una lámina vecina, la cual mueve con relación a esta con una determinada velocidad.
La viscosidad absoluta o dinámica utiliza las unidades SI: Ns/m2, Pa·s o Kg/m.s, siendo el Pa·s (pascal por segundo) la unidad más usada para expresar la viscosidad. Sin embargo, la unidad Pa·s es poco usada en los escritos técnicos y científicos relacionados con la viscosidad.
En cambio, la unidad más comúnmente utilizada en estos escritos, basada en el cgs (centímetro-gramo-segundo), es la dina·s/cm2, la cual recibe el nombre de poise (P), en honor al fisiólogo francés Jean Poiseuille.
10 poise equivalen a 1 Pa·s.
Por razones prácticas, la viscosidad se suele expresar en centipoise (cP); es decir, 10-2 P o la centésima parte de un poise. Así, la viscosidad del agua es de 1 cP.
En la viscosidad cinemática se emplea la unidad m2/s, pero la que comúnmente se emplea recibe el nombre Stoke (st), cuya equivalencia es:
1 St = 10-4 m2/s = 1 cm2/s
Y a su vez, 1 stoke equivale a 10 Poise.
La fórmula de la viscosidad se expresa usando la ecuación de Newton para fluidos:
F/A = η · dv/dr
Donde F/A es la fuerza aplicada por unidad de área para producir el desplazamiento de una porción laminar, η la viscosidad, y dv/dr la variación de la velocidad.
Se puede observar la similitud de esta Ley con la segunda ley de Newton para el movimiento de los cuerpos:
F = m · a
Pudiéndose equiparar la masa con la viscosidad.
Existen dos de viscosidad: la viscosidad absoluta o dinámica, y la viscosidad cinemática.
La viscosidad absoluta es la fuerza que debe aplicarse por unidad de área para mover una lámina de líquido horizontalmente con relación a otra lámina de líquido a una unidad de velocidad. Las referencias a la viscosidad pueden extenderse a la viscosidad absoluta, ya que son las mismas.
Es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad del líquido:
ν = η / ρ
Donde ν es la viscosidad cinemática (m2/s), η la viscosidad absoluta o dinámica (N·s/m2), y ρ la densidad (Kg/m3). La viscosidad cinemática también se representa con el símbolo µ.
La viscosidad de un líquido está influenciada por la temperatura, por lo que se utilizan temperaturas de referencia: 100 ºC para los líquidos residuales, y 40 ºC para los líquidos diluidos.
La viscosidad cinemática, al igual que la viscosidad absoluta, decrece a medida que aumenta la temperatura.
La viscosidad del agua líquida varía en función de la temperatura. Por ejemplo: su viscosidad es de 1.308 cP, a 20 ºC, y de 0.4658 a 60 ºC. Esta disminución ocurre porque el incremento de temperatura disminuye la cohesión entre las moléculas de agua. Por lo tanto, sus láminas líquidas se deslizan entre sí con mayor facilidad y rapidez.
El aceite es toda sustancia líquida y grasa que se obtiene tras el procesamiento de distintas semillas y frutas. Por otro lado, los aceites combustibles se consiguen a partir de la refinación el petróleo.
Cada uno de estos aceites tiene características y usos específicos. No obstante, uno de los elementos que hace a ambos tipos ser aceites es precisamente la viscosidad, los aceites combustibles suelen presentar mayor grado de viscosidad que los comestibles.
Es un fluido que producen las abejas a partir del néctar de las flores o excrementos de partes vivas de las plantas. Se puede afirmar que la miel es uno de los fluidos animales más viscosos y a su vez más dulces.
Sin embargo, a veces la miel puede presentar distintos grados de viscosidad debido al procesamiento posterior a su captura. Algunas veces mezclan la miel con azúcar y otros elementos para comercializarla y esto hace que pierda viscosidad.
La pasta dental es un perfecto ejemplo de fluido con alta viscosidad que encontramos cada día en nuestros quehaceres. Está compuesta de agua, abrasivos, espuma, colorantes, flúor y otras sustancias químicas. También se le denomina crema dental o dentífrico.
Es uno de los casos más particulares porque su estructura se asemeja a la de los sólidos pero es un líquido con alto volumen de viscosidad.
Algunos geles pueden pasar de un estado a otro dependiendo del uso que se les dé. Cuando son agitados son líquidos y al permanecer inmóviles se convierten en sólidos.
Se trata de una especie de alcohol con tres grupos de hidroxilo. Se muestra en forma de líquido en una temperatura ideal de unos 25º C. Tiene un alto coeficiente de viscosidad y un sabor dulce. La glicerina se encuentra en todos los aceites y grasas animales.
Sus aplicaciones son diversas en el plano comercial, se usa para la elaboración de cosméticos, jabones, detergentes, humectantes, antisépticos, disolvente, lubricación y muchas cosas más.
Es un alcohol normal incoloro e inflamable cuyo punto de ebullición es 78.4ºC. Es el producto principal para la elaboración de bebidas alcohólicas como el whisky, el vino, la cerveza, el ron y el aguardiente. Los grados de viscosidad en los alcoholes por lo general son muy bajos.
También llamado betún, es una mezcla de sustancias orgánicas de color negro que contienen una alta densidad completamente soluble en “disulfuro de carbono” y se compone primordialmente por hidrocarburos. Es una de las sustancias orgánicas más viscosas que se puede hallar en la naturaleza.
Dicha viscosidad en causada por los elementos que lo componen: azufre, metales, vanadio, plomo, mercurio, arsénico y selenio; elementos pesados y viscosos que al integrarse forman un compuesto aún más viscoso.
Son un tipo de medicamento líquido compuesto por químicos. Los jarabes presentan alta viscosidad porque entre sus componentes principales se encuentra el azúcar.
El azúcar cumple una doble función por una parte la de aportarle viscosidad al fluido y por la otra es un edulcorante que le da sabor dulce a la mezcla.
Es uno de los componentes más usados en la pediatría y puede ser ingerido tanto por niños como por adultos.
Es una sustancia de color rojizo oscuro que se obtiene al destilar al fuego la madera de varios tipos de árboles. Su grado de viscosidad es muy alto debido a la confluencia de compuestos que se funden.
La brea puede usarse como antiséptico, para mantenimiento de máquinas. Algunos jugadores de baloncesto la untan en sus manos para sujetar mejor el balón.
Es un elemento químico que usa el símbolo Hg. El mercurio es el único elemento metálico que es líquido en condiciones estándar. Por ser pesado y debido a su estructura química el mercurio tiene alto grado de viscosidad.
Hoy es común usar el mercurio con fines investigativos, también se usa para fabricar luces fluorescentes y amalgamas odontológicas.
Las sustancias viscosas aparecen tanto en sustancias de uso cotidiano como en elementos necesarios para llevar a cabo procesos industriales. Sin esta propiedad de los fluidos seguramente la vida sería muy diferente.
La sangre tiene una viscosidad entre 3 y 4 cP para un hematocrito de 45%. Pero al aumentar el hematocrito, aumenta en forma exponencial la viscosidad de la sangre. Esta circunstancia aumenta el trabajo cardíaco.
La viscosidad del aceite varía con su tipo. Pero en general, la viscosidad de un aceite de motor es mayor a 100 cP, explicable por el tamaño de las moléculas de los aceites.
La gasolina es una mezcla de hidrocarburos obtenida por destilación del petróleo. Tiene una viscosidad inferior a la que presenta el agua y con un valor, dependiendo del tipo, oscilante entre 0.40 y 0.88 cP. En parte se debe a que, si bien sus moléculas son más pesadas, sus interacciones intermoleculares son más débiles.
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