Viscosidad de Fluidos: Fundamentos, Medición y Relevancia Industrial

Introducción a la Viscosidad y su Importancia Industrial

Las mediciones de viscosidad son cruciales en la industria para apoyar los cálculos de flujo de líquidos, en la determinación de coeficientes de transferencia de calor y en el control de procesos químicos. La viscosidad se utiliza como un indicador cuantitativo de calidad en diversas industrias: aceites, petroquímica, alimentos, farmacéutica, textil, pinturas, entre otras. A nivel industrial, existe una gran variedad de equipos con diferentes diseños para medir la viscosidad. Por lo tanto, los resultados obtenidos varían según las unidades en que se reporta la viscosidad.

La viscosidad es una propiedad fisicoquímica de los fluidos que representa la resistencia que estos presentan al fluir. Los fluidos reales muestran una amplia diversidad de resistencia a los esfuerzos cortantes.

La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un lubricante. De hecho, gran parte de los sistemas de clasificación de los aceites se basan en esta propiedad. Por lo tanto, la viscosidad es una especificación de primer orden en los aceites lubricantes, ya que condiciona las cualidades requeridas para la lubricación.

• La viscosidad es una de las principales características de los combustibles líquidos, ya que determina:
  • El método de las operaciones de llenado y vaciado.
  • Las condiciones de transporte y bombeo.
  • La resistencia hidráulica durante el transporte por tuberías.
  • El trabajo efectivo de los quemadores.

Efecto de la Presión sobre la Viscosidad

• Líquidos: La viscosidad de la mayoría de los líquidos no se ve afectada por presiones moderadas, pero a presiones altas se ha encontrado que la viscosidad aumenta sensiblemente. Tal es el caso, por ejemplo, de la viscosidad del agua a 10 000 atm, que es el doble del valor correspondiente a 1 atm.
• Gases: La viscosidad de los gases es esencialmente independiente de la presión cuando esta toma valores entre unos cuantos centésimos de una atmósfera y unas cuantas atmósferas.

Ley de Newton de la Viscosidad

Isaac Newton definió la viscosidad considerando el modelo representado en la Figura 4. Dos placas paralelas separadas por una distancia y, con el espacio entre ellas lleno de fluido: una de ellas fija y la otra móvil. La placa fija, al estar sin movimiento y en contacto con el fluido, tiene una velocidad igual a cero. En cambio, la placa superior se mueve a una velocidad constante V al actuar sobre ella una fuerza F también constante.

Viscosidad Dinámica o Absoluta (µ)

La viscosidad dinámica suele denotarse con la letra griega µ (mu). En la ley de Newton enunciada anteriormente (Ecuación 2.3), µ es la viscosidad absoluta o coeficiente de viscosidad dinámica. Despejando este valor de dicha ecuación, se tiene:

La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades en las que se expresa esta propiedad se observan en la Tabla I. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar la misma.

Tabla I. Unidades de Viscosidad Dinámica

Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer, que se describe más adelante. En el Anexo B, Tabla B-1, se presentan algunas equivalencias de unidades (factores de conversión) para este tipo de viscosidad.

Viscosidad Cinemática (ν)

Es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido; esta suele denotarse como ν (nu).

Ejemplos de Fluidos Newtonianos

• Agua
• Gasolina
• La mayoría de las soluciones de sal en agua
• Kerosene
• La mayoría de los aceites de motor
• Etc.