¿Qué es la viscosidad? – Definición, medida y ecuación
¿Qué es la viscosidad?
Imagínese tratando de beber jugo de manzana, pero se desliza por su garganta como salsa de manzana. O tener que beber un recipiente de yogur como la leche porque es muy líquido, en lugar de tomarlo con una cuchara. Probablemente pensaría que hay algún problema con cada uno de estos productos. De hecho, probablemente no querrá comer ninguno de ellos. El espesor de una sustancia se llama viscosidad.
La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir. También se puede describir en términos del espesor de un fluido. Piense en un embudo. El agua pasa a través de un embudo muy rápido porque tiene muy poca resistencia al flujo o muy poca viscosidad. En otras palabras, no es muy grueso. Por otro lado, si pasa el pudín por un embudo, es posible que tarde un poco más. Esto se debe a que tiene más resistencia al flujo, más viscosidad y es más espeso.
Cómo medir la viscosidad
La viscosidad se puede medir con un viscosímetro , un equipo que mide la fuerza necesaria para moverse a través de un líquido. O se puede medir con instrumentos domésticos, como medir qué tan lejos puede moverse un líquido en una ligera pendiente después de un cierto período de tiempo.
La idea detrás de la medición de la viscosidad es determinar qué tan resistente es ese material a fluir. Si un fluido puede fluir por una ligera pendiente muy rápidamente, tiene muy poca resistencia al flujo. Si se necesita mucha fuerza para moverse a través de un líquido, tiene mucha resistencia para fluir. Un fluido será más resistente a fluir cuanto más fricción interna tenga.
Ecuaciones de viscosidad
Una forma de pensar en la viscosidad es que es la cantidad de fuerza necesaria para que la sustancia se mueva. Es la fuerza por unidad de área, por lo que la viscosidad es igual a la fuerza dividida por el área.
Fluidos newtonianos
Con un fluido ideal (llamado fluido newtoniano ), la viscosidad también es directamente proporcional a lo que se llama velocidad de corte. La velocidad de corte es la velocidad a la que se mueve el líquido dividida por la distancia a la que se mueve. Para terminar esta ecuación con las unidades adecuadas, se incluye la constante de proporcionalidad. Esta constante se llama coeficiente de viscosidad (n).
El coeficiente de viscosidad se multiplica por la velocidad de cizallamiento es igual a la viscosidad. Entonces, por cada aumento de 1 unidad en la viscosidad, la velocidad de cizallamiento debe aumentar en una cierta cantidad (dependiendo del líquido). Por ejemplo: por cada aumento de 1 Pascal segundo (Pa s) en la viscosidad del agua, la velocidad de cizallamiento debe aumentar en 0,00089 s. Entonces, multiplicamos la velocidad de corte por ‘n’, que es igual a 0,00089 Pa.
En esta ecuación, la velocidad de corte se conoce como dv / dr. Esto simplemente se refiere a la velocidad dividida por la distancia. La ‘d’ antes de la vy la r se refiere a una derivada de cada una de ellas. Dado que normalmente medimos la viscosidad observando la rapidez con la que algo se esparce en un área determinada, esta es la fórmula que se utiliza a menudo.
Esta fórmula también muestra que todo esto es igual a F / A. Recuerde que la viscosidad es igual a la fuerza dividida por el área; la F se refiere a la fuerza y la A se refiere al área. Por tanto, F / A es otra forma de referirse a la viscosidad.
Fluidos no newtonianos
No todos los fluidos reaccionan perfectamente. A veces, los líquidos se espesan cuando se aplica energía. Por ejemplo, intente mezclar almidón de maíz y agua (a menudo llamado oobleck). Si vierte esta lechada en la mano, se escurrirá directamente de su mano como un líquido. Pero tan pronto como comienzas a remover la lechada, se endurece. La agitación es un ejemplo de la adición de energía. La energía también se puede agregar en forma de calor o estiramiento. Los fluidos donde la viscosidad y la velocidad de corte no son lineales se conocen colectivamente como fluidos no newtonianos.
Dos tipos de fluidos no newtonianos son dilatantes y pseudoplásticos. El almidón de maíz y el agua son un ejemplo de fluido dilatante o espesante por cizallamiento. En este tipo de fluido, la viscosidad aumenta a medida que aumenta la fuerza de corte. Debido a esto, puede cruzar una tina con almidón de maíz y agua, pero si se queda quieto, se hundirá. Otro ejemplo de esto es correr sobre arena húmeda.
Los fluidos pseudoplásticos también se conocen como fluidos diluyentes por cizallamiento. En estos fluidos, la viscosidad del fluido disminuye a medida que aumenta la velocidad de corte. Hay muchos ejemplos de este tipo de fluido; uno es arenas movedizas. Si luchas en arenas movedizas te hundirás, pero si caminas despacio y con cuidado lo superarás. Otro ejemplo es la pintura. Si alguna vez ha pintado una pared, ha visto cómo la pintura se esparce por la pared.
Puede ver en este gráfico los fluidos newtonianos en comparación con los fluidos adelgazantes y espesadores por cizallamiento. Cuanta más fuerza de agitación se agregue a la suspensión de almidón de maíz, más viscosidad tendrá. La ecuación para fluidos no newtonianos toma esto en cuenta agregando un exponente llamado índice de comportamiento del flujo . Ésta es una constante para cada líquido, que se muestra como m .
Usando viscosidad
La mayoría de las empresas alimentarias (y otras empresas) comprueban con frecuencia la viscosidad de sus productos. Por lo general, existe un rango aceptable y todo lo que esté fuera de ese rango se investiga y no se vende. El jugo de manzana y el yogur del comienzo de la lección probablemente no hubieran caído dentro del rango aceptable. Para verificar la viscosidad de estos elementos, el yogur tendría que pasar por un viscosímetro para medir la fuerza necesaria para moverse, y el jugo de manzana podría inclinarse ligeramente para ver qué tan lejos se moverá en diez minutos. segundos. El jugo de manzana, al ser un fluido newtoniano, puede usar la ecuación newtoniana para determinar la viscosidad y ver si está en el rango aceptable. El yogur, al ser un fluido no newtoniano (porque al revolverlo, la viscosidad puede disminuir),
Resumen de la lección
La viscosidad es la resistencia al flujo o el grosor de un fluido. La viscosidad de un fluido se puede medir con un equipo simple, como ver qué tan lejos puede fluir un fluido por una pendiente. O podemos usar un equipo como un viscosímetro , que mide la cantidad de fuerza necesaria para moverse a través de un material. La información obtenida puede utilizarse en la ecuación de viscosidad que multiplica la velocidad de corte por un factor de proporcionalidad ‘n’. Si el fluido es un fluido newtoniano, entonces es una proporción directa entre la velocidad de corte y la viscosidad. Si el fluido no es newtoniano , entonces la constante del índice de comportamiento del flujo debe agregarse como exponente. Esta información se puede utilizar para garantizar la calidad en empresas como los procesadores de yogur.
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