EFECTO DE LA VISCOSIDAD

Si se considera la deformación de dos fluidos newtonianos diferentes, por ejemplo, glicerina y agua, se encontrará que se deforman con diferente rapidez para una misma fuerza cortante. La glicerina ofrece mucha mayor resistencia a la deformación que el agua; se dice entonces que es mucho más viscosa.

En la mecánica de fluidos se emplea muy frecuentemente el cociente de la viscosidad absoluta, “μ”, entre la densidad, “ρ”. Este cociente recibe el nombre de viscosidad cinemática y se representa mediante el símbolo v. Como la densidad tiene dimensiones [M/Lt], las dimensiones que resultan para v son [L²/t]. En el sistema métrico absoluto de unidades, la unidad para v recibe el nombre de stoke = cm²/s.

La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Las moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven con una velocidad global menor, y viceversa. Estos choques permiten transportar cantidad de movimiento de una región de fluido a otra. Ya que los movimientos moleculares aleatorios se ven afectados por la temperatura del medio, la viscosidad resulta ser una función de la temperatura.

Cuando el fluido se mueve, se desarrolla en él una tensión de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. La tensión de corte, denota con “τ” (tao), puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capo de la misma sustancia. Así pues, “τ” es una fuerza dividida entre un área y puede medirse en unidades de newtons por metro cuadrado. En un fluido como el agua, aceite, alcohol o cualquier otro liquido común, encontramos que la magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido.

Se muestra en la figura el concepto de cambio de velocidad en un fluido mediante la exhibición de una capa delgada del fluido situada entre dos superficies, una de las cuales esta estacionaria, mientras que la otra se esta moviendo.

Una condición fundamental que se presenta cuando tenemos un fluido real en contacto con una superficie frontera, es que el fluido tiene la misma velocidad que la frontera, el fluido que esta en contacto con la superficie inferior tiene velocidad cero y el que esta en contacto con la superficie superior tiene velocidad v. Si la distancia entre las dos placas es pequeña, entonces la rapidez de cambio de velocidad con respecto de la posición “y” es lineal. El gradiente de velocidad es una medida del cambio de velocidad y se define como .

Conocida como rapidez de corte, el hecho de que la tensión de corte del fluido es directamente proporcional al gradiente de velocidad puede establecerse, matemáticamente como:

 

En la que la constante de proporcionalidad “μ”, se conoce como viscosidad dinámica del fluido. La acción de revolver hace que se cree un gradiente de viscosidad en el fluido. Se requiere una mayor fuerza para revolver un aceite frió, que tiene una viscosidad mayor, que la requerida para revolver agua, cuya viscosidad es menor. Esto es una indicación de la mayor tensión de corte en el aceite frío.