Introducción a la viscosidad
La viscosidad, en pocas palabras, es la medida utilizada para determinar la resistencia al flujo de líquido. Esta fricción interna se produce cuando las partículas de un líquido rozan entre sí y provocan una especie de "pegajosidad". En muchos campos, desde la industria petrolera hasta la medicina, pasando por el sector de alimentos y bebidas, este concepto encuentra su lugar significativo.
Comprender la viscosidad es esencial para garantizar un buen funcionamiento y optimizar los procesos, especialmente aquellos que involucran el movimiento y manipulación de líquidos. Esta guía tiene como objetivo explorar en profundidad las complejidades de la viscosidad como propiedad líquida explicando sus principios, medición y amplias implicaciones en diversas industrias.
Similar al agua, semiviscoso y viscoso
Para la dinámica de fluidos, la viscosidad es un concepto vital. Describe la capacidad de un líquido para resistirse a fluir. Un líquido fluye más lento si tiene mayor viscosidad. Nuestros tres términos principales para expresar este atributo son similar al agua, semiviscoso y viscoso.
Similares al agua: Este término se refiere a líquidos de baja viscosidad (como la del agua) que fluyen fácil y rápidamente, por ejemplo, bebidas a base de jugos o té o sustancias químicas como alcohol o aceite, entre otros.
Semiviscoso: Este término se refiere a líquidos que tienen niveles medios de espesor. No fluyen libremente como los fluidos parecidos al agua, pero no son tan espesos como los viscosos. Los ejemplos incluyen aceite de oliva o miel a temperatura ambiente.
Viscoso: Este término denota líquidos de alta viscosidad que son espesos y de movimiento lento, como melaza, jarabe o glicerina.
Recuerde que la viscosidad cambia con la temperatura; por lo tanto, un líquido puede ser más acuoso cuando se calienta (menos denso) o más espeso cuando se enfría.
A veces es necesario describir con precisión qué tan espeso o diluido es un fluido. Por lo tanto, utilizamos 'centipoise' en lugar de términos como semiespesado/semiespesante/similar al agua/espesado/espesante/semifino/muy fino. Esta es una forma de cuantificar la viscosidad, que se refiere a la resistencia de cualquier fluido a fluir.
Comprender el centipoise y su significado
Centipoise (cP) es la unidad de medida de la viscosidad de los líquidos más comúnmente utilizada en entornos industriales. Representa la resistencia que tiene un fluido para fluir, siendo un centipoise igual a la viscosidad del agua a temperatura ambiente. Esto ayuda a comprender y comparar las viscosidades de diferentes líquidos más fácilmente.
Varias sustancias exhiben diferentes niveles de pegajosidad o resistencia al flujo medido en centipoises (cp) con respecto a sus viscosidades. Aquí hay 20 artículos y sus viscosidades correspondientes:
Mantequilla de maní: La mantequilla de maní posee una alta viscosidad, como lo indica su valor de 250.000 cp, lo que la hace espesa y pegajosa.
Pasta de tomate: Esta es otra sustancia viscosa que tiene un valor de viscosidad de 190.000 cp.
Jalea de petróleo: Un artículo doméstico típico tiene un valor de viscosidad de 64.000 cp.
Tinta (pasta): Su viscosidad mide 45.000 cp y se clasifica como altamente viscoso.
Aceite-SAE 140: Viscosidad=2200 cp; cae en la clase denominada viscosa.
Champú: Su rango de viscosidad aproximado está entre 800 y 1.000 cp, por lo que se le puede denominar categóricamente como una sustancia viscosa.
Locion de cuerpo y manos: Semiviscoso ya que su viscosidad ronda los 700 cP
Plastisol: Este material también tiene un tipo de semiviscosidad debido a su viscosidad relativamente mayor = 700 cP
Aceite-SAE 90 Tiene semiviscosidad con su baja lectura: 590 cP.
Barniz de mástil: Se encuentra entre el grupo de semiviscosidad y su lectura moderada equivale a 420 cP.
Aceite de soja: El aceite de soja entra en una categoría semiespesada porque tiene una lectura de viscosidad de 160 cP.
Miel de maple se categoriza como semiespesante ya que su viscosidad se registra en 144 cp.
Aceite SAE 20: Por el contrario, su viscosidad es de 125 cp y se considera semiviscida.
Aceite de maíz: Su viscosidad es de 72 cp, por lo que pertenece al grupo de los aceites semiviscosos.
Tinta liquida: Su viscosidad es incluso mayor que la del aceite de maíz y mide alrededor de 25 cp.
Colonias/Perfumes: Denso debido a las bajas viscosidades que oscilan entre uno y siete centipoises (cp).
Agua: La fluidez del agua es 1cp, lo que significa que es una sustancia muy viscosa.
Aire: El aire, por ejemplo, tiene una viscosidad de aproximadamente 0,018 cp y, por tanto, no entra en la categoría de fluidos viscosos.
Ácido sulfurico: A pesar de sus peligros, el grado de viscosidad del ácido sulfúrico es de 0,2 cp, que es bastante mínimo.
El mercurio es un líquido denso con una viscosidad relativamente alta de aproximadamente 1,55 centipoise (cp). en comparación con las sustancias mencionadas anteriormente.
Importancia de la viscosidad en líquidos
Las variaciones en la consistencia entre los fluidos pueden tener efectos directos sobre el comportamiento y la función. Por ejemplo, los procesos de extracción y refinación de petróleo crudo están influenciados por la adherencia de la industria petrolera al carácter interno del petróleo crudo. La industria alimentaria también se enfrenta a este tipo de reto porque los alimentos pueden quedar gelificados o caldosos dependiendo de su espesor, lo que se debe a la viscosidad de las salsas o bebidas. Básicamente, mantener la calidad del producto y optimizar el proceso de producción solo se puede lograr si se comprenden y controlan sus viscosidades.
Aplicaciones comunes de la viscosidad
La viscosidad encuentra aplicaciones generalizadas en un espectro de industrias. En la industria farmacéutica se utiliza para determinar las dosis correctas de medicamentos líquidos. En la industria del automóvil, es fundamental seleccionar los lubricantes adecuados. En alimentos y bebidas, la viscosidad afecta la sensación en boca y la dispensación de los productos. En la industria de pinturas, determina la facilidad de aplicación y el tiempo de secado. Como tal, la comprensión y el control de la viscosidad son fundamentales para el éxito de estas industrias.
Medición de la viscosidad
El conocimiento de la viscosidad de un líquido determinado suele ser crucial; sin embargo, medirlo realmente puede presentar problemas. Se han desarrollado varios métodos, cada uno con sus propias ventajas y desventajas.
Métodos para medir la viscosidad
Viscosímetros capilares Mide el tiempo que tarda un líquido en fluir a través de un pequeño tubo o capilar. La velocidad a la que se produce el flujo es linealmente proporcional a la viscosidad.
Viscosímetros rotacionales: En este caso, se inserta un eje en el líquido y luego se gira constantemente. Al calcular la resistencia a tales movimientos, se puede descubrir fácilmente qué tipo de viscosidad posee este fluido.
Viscosímetros de bola descendente: El recipiente cilíndrico lleno de esa sustancia contiene una bola que cae en su interior. La velocidad terminal (velocidad a la que cae la bola) indica qué tan espeso o fino es ese fluido.
Viscosímetros: herramientas para medir la viscosidad
Para medir viscosidades con viscosímetros, existen varios tipos diseñados específicamente para propósitos particulares. Como tal, la elección entre ellos depende de factores como las variaciones de temperatura en el líquido que se mide y el grado de precisión requerido durante la experimentación.
Variables críticas en la medición de la viscosidad
Las variables que afectan la medición de la viscosidad incluyen la temperatura, ya que las viscosidades pueden cambiar drásticamente con la variación de la temperatura. La presión también es muy importante, especialmente para gases y líquidos muy viscosos. Al intentar obtener mediciones de viscosidad más precisas, debe considerar qué herramientas se utilizan y con qué precisión calculan los valores. Por lo tanto, conocer estas variables se vuelve esencial al tratar con cualquier medición de viscosidad.
Fluidos newtonianos y no newtonianos
La temperatura, la presión y la composición se encuentran entre los factores que influyen en la viscosidad del líquido. Conocer estos factores es vital en industrias donde la regulación del comportamiento de los líquidos es importante, como la producción de alimentos y bebidas, petróleo y gas, productos farmacéuticos y manufactura.
Relación entre temperatura y viscosidad
Existe una relación inversa entre la temperatura y la viscosidad en los líquidos. Como resultado de un aumento de temperatura, la energía cinética de las moléculas también aumenta, lo que las hace moverse vigorosamente. Esto disminuye la viscosidad; En pocas palabras, el líquido se vuelve menos espeso y fluye más fácilmente. Un ejemplo es la miel, que tiende a ser más fácil de verter cuando se calienta porque su temperatura baja con el aumento de temperatura.
Relación de presión y viscosidad
Dado que los líquidos casi nunca se comprimen bajo presión, a diferencia de los gases, su volumen no cambia. Sin embargo, la presión influye en su viscosidad. En la mayoría de los líquidos, el aumento de presión aumenta la viscosidad. Las moléculas se acercan, lo que dificulta el flujo. Esta relación entre la presión y la viscosidad puede ser particularmente significativa en procesos industriales de alta presión o exploración de aguas profundas, donde las diferencias de presión pueden afectar significativamente el comportamiento de un fluido.
Composición a varios niveles de viscosidad
La composición de un líquido también afecta a su viscosidad a través del diferente número y tipo de moléculas que lo componen. Por ejemplo, el agua es más densa que el petróleo debido a la diferencia en sus estructuras moleculares. Además, los disolventes con solutos pueden presentar cambios en sus viscosidades. En otras palabras, poner azúcar en agua dará como resultado un agua de mayor densidad. Por tanto, es necesario comprender cómo reacciona una mezcla a los cambios en sus constituyentes, lo que lleva a cambios en la viscosidad.
Conclusión y tendencias futuras en la medición de la viscosidad
La viscosidad, a menudo descrita como el "espesor" de un líquido, depende de la temperatura, la presión o la composición, entre otros factores. Estas relaciones están entrelazadas de manera compleja, lo que da como resultado fluidos con diferentes viscosidades que exhiben en diversos entornos que hemos discutido anteriormente. No se puede dejar de enfatizar la importancia de comprender estas relaciones entre varias industrias, desde la manufactura hasta la exploración de aguas profundas; esto permitirá a los investigadores predecir y controlar el comportamiento de diversas mezclas y soluciones.
Técnicas de medición de la viscosidad: ¿qué sigue?
Estas tendencias y desarrollos futuros son importantes para los procesos industriales y mejoran las innovaciones y eficiencias dentro de diferentes industrias.
Preguntas frecuentes sobre la viscosidad del líquido
P: ¿Qué se entiende por viscosidad?
R: La viscosidad mide cuánta resistencia tiene un fluido cuando se deforma o fluye libremente; Mide el grado de fricción interna dentro de una bebida o jugo.
P: ¿Cómo se mide la viscosidad?
R: Hay varios tipos, como viscosímetros capilares, rotacionales, falibles y vibratorios, que se utilizan para medir la viscosidad mediante dispositivos llamados viscosímetros.
P: Defina viscosidad dinámica.
R: La viscosidad dinámica o absoluta se refiere a la resistencia de un fluido contra el flujo debido al esfuerzo cortante – η (eta). Se puede medir en pascales-segundo (Pa·s) o en equilibrio (P).
P: ¿Qué significa cinemático?
R: La viscosidad cinemática se refiere a la relación entre dos parámetros, la viscosidad dinámica y la densidad de un fluido. Se denota por ν (nu) y su unidad de medida es estocas (St) o metros cuadrados por segundo (m²/s).
P: ¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad?
R: En general, cuanto mayor es la temperatura, menor es la viscosidad. Esto sucede porque a medida que las moléculas de un líquido o fluido ganan más energía, se mueven más rápido, lo que significa que se necesita menos energía para superar las fuerzas intermoleculares.
P: ¿En qué unidades se mide la viscosidad?
R: La unidad SI para la viscosidad dinámica es Pascales-segundo (Pa·s) o Poise (P), mientras que la viscosidad cinemática tiene metros cuadrados por segundo (m²/s) o Stoke (S).
P: ¿Cuál es la viscosidad del agua?
R: El agua se vuelve más espesa al disminuir la temperatura, pero normalmente su valor absoluto es de alrededor de 0,001 Poises o 1 centipoises a 20 °C.
P: ¿Cómo define la ley de la viscosidad la viscosidad?
R: La ley de la viscosidad establece que el esfuerzo cortante ejercido sobre un fluido en condiciones de flujo es directamente proporcional a la tasa de deformación cortante dentro de él. Esto se puede representar matemáticamente como τ = μ(du/dy), donde τ representa el esfuerzo cortante, μ representa viscosidades dinámicas y (du/dy) denota gradiente de velocidad o tasa de cambio en la velocidad con respecto a la distancia.
P: ¿Puede dar ejemplos de aplicaciones típicas que impliquen la medición de propiedades viscosas?
R: Muchas industrias, como la de procesamiento de alimentos, la farmacéutica, la petrolera y la de pinturas, utilizan la medición de la viscosidad. Esto determina el comportamiento de flujo de los líquidos y garantiza que los productos cumplan con los estándares correctos.
P: ¿Por qué es importante la viscosidad en el flujo de fluidos?
R: La fuerza viscosa en el fluido puede tener un impacto crucial en el flujo del fluido, ya que puede generar cierta resistencia al flujo o incluso fuerzas de fricción dentro del líquido. Influye en los niveles de eficiencia de varios sistemas con respecto al rendimiento del líquido, como el caudal, entre otros.
