¿Cuál es la viscosidad de un líquido? | Unidades de viscosidad

La viscosidad de los líquidos es una propiedad física fascinante que influye en nuestra vida diaria de muchas formas. Desde los alimentos que consumimos hasta los productos que utilizamos en nuestro hogar, la viscosidad juega un papel crucial en su textura y fluidez. En este artículo, exploraremos el concepto de viscosidad y las distintas unidades utilizadas para medirla. Descubre cómo esta propiedad esencial nos afecta a todos y cómo podemos entenderla mejor para tomar decisiones más informadas en nuestro día a día. ¡Sumérgete en el fascinante mundo de la viscosidad de los líquidos!

En mecánica de fluidos, la viscosidad se define como la propiedad de un fluido que resiste el movimiento de una capa de fluido sobre otra capa de fluido adyacente. Hemos comentado las diferentes propiedades físicas de los líquidos en el artículo anterior. En este artículo discutimos la viscosidad de los líquidos y la derivación de las unidades de viscosidad, la viscosidad cinemática y la ley de viscosidad de Newton.


¿Cuál es la viscosidad de un líquido? | Unidades de viscosidad¿Cuál es la viscosidad de un líquido? | Unidades de viscosidad

En general, las propiedades físicas de los líquidos son la densidad, la viscosidad y la tensión superficial, entre otras propiedades de los líquidos.

El densidad o masa de un líquido se define como la relación entre la masa de un líquido y su volumen.

Tensión superficial Se define como la fuerza de tracción que actúa sobre la superficie de un líquido en contacto con un gas o
en la superficie entre dos líquidos inmiscibles, de modo que la superficie de contacto se comporta como una membrana
subtensión.

Viscosidad de un líquido

La viscosidad es la propiedad de un líquido que resiste el movimiento de una capa de líquido sobre otra capa de líquido adyacente.

Cuando hay dos capas de líquido, hay un hueco. dy separados, por ejemplo moviéndose unos sobre otros a diferentes velocidades tu Y tu + Como se muestra en la figura siguiente, la viscosidad junto con la velocidad relativa hacen que la tensión cortante actúe entre las capas de fluido.


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Fluctuación de velocidad cerca de un límite fijo

La capa superior causa tensión cortante en la capa inferior adyacente, mientras que la capa inferior causa tensión adicional en la capa superior adyacente.


¿Cómo se clasifican los líquidos?

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Este esfuerzo cortante es proporcional a la tasa de cambio de velocidad con respecto a j. Se identifica con un símbolo llamado Tau.

Matemáticamente,

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Aquí µ ​​(llamado mu) es la constante de proporcionalidad y se llama coeficiente de viscosidad dinámica o simplemente viscosidad.


tu/muerte representa la tasa de deformación por corte o la tasa de deformación por corte o el gradiente de velocidad.

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Por lo tanto, la viscosidad también se define como el corte requerido para producir una tasa unitaria de deformación cortante.

Unidades de viscosidad

Las unidades de viscosidad se obtienen ingresando las dimensiones de las cantidades en la ecuación dada anteriormente.

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En el sistema MKS, la fuerza está representada por kgf y la longitud por metros (m).
En el sistema CGS, la fuerza se representa en dinas y la longitud en cm.
En el sistema SI, la fuerza está representada por Newton (N) y la longitud por metro (m).

Unidad de viscosidad MKS = kgf-seg/m2

Unidad de viscosidad CGS = Dyn-seg/cm2

En la expresión anterior N/m2 También se le conoce como Pascal y está representado por Pa.

Por lo tanto N/m2 = Pa = Pascal

Unidad SI de viscosidad = Ns/m2 = Pascal

Unidad SI de viscosidad = Newton-seg/m2 = Ns/m2

La unidad de viscosidad en CGS también se llama equilibrio y corresponde a dinas-segundos/cm.2

La conversión numérica de la unidad de viscosidad de la unidad MKS a la unidad CGS:

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(∴1 kgf = 9,81 Newton)


Pero un Newton = un kg (masa) x uno (m/s).2) (aceleración)
1 Newton = [(1000 gm) x (100 cm)] / seg2
1 Newton = 1000 × 100 g-cm/s2
1 Newton = 1000 x 100 Din. ( ∴ 1 Din = gm-cm/seg2)

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Para resolver problemas numéricos, la viscosidad, expresada en poise (unidad CGS), debe dividirse por 98,1 para obtener el valor numérico correspondiente en MKS.

Más,

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Método alternativo

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Nota IMPORTANTE:
(i) En unidades SI, el segundo está representado por “s” y no por “sec”.
(ii) Cuando la viscosidad se da en equilibrio. Se debe dividir por 10 para obtener el valor numérico correspondiente en unidades SI.

A veces se utiliza la unidad de viscosidad centipoise, donde 1 centipoise = 1/100 poise (o) 1 cP = 1/100 P
(cP = Centipoise, P = Equilibrio)

La viscosidad del agua a 20°C es 0,01 poise o 1,0 centipoise.

Viscosidad cinemática

Se define como la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del líquido.

Se denota con el símbolo griego (ν) llamado nu’. Así que matemáticamente hablando

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Las unidades de viscosidad cinemática se obtienen como

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En MKS y SI la unidad de viscosidad cinemática es el metro.2/seg o m2/segundo

En CGS, la unidad de viscosidad cinemática es cm.2/S

En las unidades CGS, la viscosidad cinemática también se denomina carrera.

Un trazo = cm2/s = [1/100]2 METRO2/s = 10-4 METRO2/S

Centistoke significa = 1/100 stoke

Ley de viscosidad de Newton

Afirma que el esfuerzo cortante (τ) sobre una capa de elemento fluido es directamente proporcional a la tasa de deformación cortante. La constante de proporcionalidad se llama coeficiente de viscosidad.

Matemáticamente se expresa como lo da la ecuación anterior o como

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Los líquidos que obedecen la relación anterior se llaman newtoniano Los líquidos y los líquidos que no obedecen la relación anterior se llaman Fluidos no newtonianos.

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Ejemplo de un fluido no newtoniano (Parece divertido, ¿verdad?)

Variación de la viscosidad con la temperatura.

La temperatura afecta la viscosidad. La viscosidad de los líquidos disminuye al aumentar la temperatura, mientras que la viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura. Esto se debe a que las fuerzas viscosas en un líquido dependen de la fuerza cohesiva y la transferencia de momento molecular.

En los líquidos, las fuerzas cohesivas dominan la transferencia de momento molecular porque las moléculas están muy compactas y, a medida que aumenta la temperatura, las fuerzas cohesivas disminuyen, lo que lleva a una disminución de la viscosidad.

Sin embargo, en los gases la fuerza de cohesión es baja y predomina la transferencia de momento molecular. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la transferencia de momento molecular y, por tanto, también la viscosidad.

La relación entre viscosidad y temperatura para líquidos y gases es:

(i)Para líquidos

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Dónde
µ = viscosidad del líquido C, en postura
µoh= viscosidad del líquido a 0°C, en poise
α, β = son constantes para el líquido

Para agua
µoh = 1,79 x 10-3 actitud
α = 0,03368
β = 0,000221

La ecuación anterior muestra que a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad disminuye.

(ii) Para un gas

m = moh+ αt – βt2

Para aire
µo = 0,000017
α = 0,000000056
β = 0,1189 x 10-9

La ecuación anterior muestra que a medida que aumenta la temperatura, aumenta la viscosidad.

Tipos de fluidos según la viscosidad

Los líquidos se pueden clasificar en los siguientes cinco tipos:

  1. Líquido ideal
  2. realmente liquido
  3. fluido newtoniano
  4. Fluido no newtoniano
  5. Líquido plástico ideal

Analicemos estos tipos de definiciones de fluidos.

  1. ITrato fluido: Un fluido que es incompresible y no tiene viscosidad se llama fluido ideal. Un fluido ideal es sólo un fluido imaginario, ya que todos los fluidos existentes tienen cierta viscosidad.
  2. Líquido real: Un líquido que tiene viscosidad se llama líquido verdadero. Todos los líquidos son, en la práctica, líquidos reales.
  3. fluido newtoniano: Un fluido real en el que el esfuerzo cortante es directo y proporcional a la tasa de deformación cortante (o gradiente de velocidad) se denomina fluido newtoniano. Agua, aire, alcohol, glicerina y aceite de motor diluido. son todos ejemplos de fluidos newtonianos.
  4. Fluido no newtoniano: Un fluido real en el que el esfuerzo cortante no es proporcional a la tasa de deformación cortante (o gradiente de velocidad) se denomina fluido no newtoniano. En otras palabras, la viscosidad del fluido aumenta o disminuye a medida que se aplican fuerzas de corte. Arenas movedizas, pintura de masilla, sangre, mantequilla derretida.
  5. Líquido plástico ideal: Un fluido en el que el esfuerzo cortante es mayor que el valor del flujo y el esfuerzo cortante
    es proporcional a la tasa de deformación por corte (o gradiente de velocidad) se llama fluido plástico ideal.

Se trata de la viscosidad de un líquido. Resolvamos algunos de los problemas de ejemplo para comprender cómo podemos usar las relaciones, ecuaciones y derivadas unitarias dadas anteriormente para determinar la tensión cortante en un fluido viscoso.

Problemas de viscosidad de la muestra.

1. Cálculo del esfuerzo cortante de un líquido viscoso.

Planteamiento del problema: La distribución de velocidades sobre un plato está dada por u = (2/3) y – y2 Aquí u es la velocidad en metros por segundo a una distancia de y metros por encima de la placa. Determine el esfuerzo cortante en y = 0 y y = 0,15 m (suponga que la viscosidad dinámica del fluido es 8,63 poises).

Respuesta:

Dada la distribución de velocidad u=2/3 yy2

Si diferenciamos por y en ambos lados, obtenemos du/dy = 2/3 -2y

[du/dy]en y=0 o [du/dy]y=0 = (2/3) – 2(0) = 2/3 = 0,667


[du/dy]en y=0,15 o [du/dy]y=0,15 = 2/3 -2(0,15) = 0,667-0,03 = 0,367

Valor de µ = 8,63 Poise = 8,63/10 unidades Sl = 0,863 N s/m2

Ahora el esfuerzo cortante viene dado por la ecuación

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(i) El esfuerzo cortante en y = 0 viene dado por

τ0 = µ (du/día)y=0
τ0 = 0,863 x 0,667
τ0 = 0,5756 N/m2

(ii) El esfuerzo cortante en y = 0,15 m viene dado por

τy=0,15 = µ (du/día)y=0,15
τy=0,15 = 0,863 x 0,367
τy=0,15 = 0,3167 N/m2

2. Cálculo de la viscosidad del líquido.

Planteamiento del problema: Una placa a 0.025 mm de una placa sólida se mueve a 60 cm/s y requiere una fuerza de 2 N por unidad de área (2 N/m).2) para mantener esta velocidad. Determine la viscosidad del fluido entre las placas.

Respuesta:

datos dados

Distancia entre placas dy = 0,025 mm = 0,025 x 10-3METRO
Velocidad de la placa superior u = 60 cm/s = 0,6 m/s
Fuerza sobre la placa superior F = 2,0 N/m2 (Este es el valor del esfuerzo cortante, es decir, τ)

Sea µ la viscosidad del fluido entre las placas. Usa la ecuación que tenemos

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Dónde
du = cambio de velocidad = u-0 = u = 0,60m/s
dy = cambio en la distancia = 0,025 x 10-3METRO
τ = fuerza por unidad de área = 2,0 N/m2

Sustituyendo la ecuación anterior obtenemos

2,0 = µ (0,60 / 0,025x 10-3)
µ = 2,0 x (0,025 x 10-3 /0,60)
µ = 8,33×10-5 Nuevo Méjico2
µ = 8,33 x 10-5 Actitud x10
µ = 8,33 x 10-4 actitud


La viscosidad del fluido entre las placas es µ = 8,33 x 10-4 actitud

3. Cálculo de la viscosidad cinemática.

Encuentre la viscosidad cinemática de un aceite con una densidad de 981 kg/m3. El esfuerzo cortante ar en el aceite es 0,2452 N/m2 y el gradiente de velocidad en este punto es de 0,2 por segundo.

Respuesta:

datos dados

Densidad de masa ρ = 981 kg/m3
Esfuerzo cortante τ = 0,2452 N/m2
gradiente de velocidad du/dy = 0,2 s

Conocemos la ecuación del esfuerzo cortante.

¿Cuál es la viscosidad de un líquido? | Unidades de viscosidad¿Cuál es la viscosidad de un líquido? | Unidades de viscosidad

µ = τ (du/dy)
µ = 0,2452 ÷ 0,200 = 1,226 Ns/m2

Viscosidad cinemática v es dado por

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v = 1,226/981
ν = 0,125x 10-2 METRO2/segundo
v = 0,125 x 10-2 xI04cm2/S
ν = 0,125x 102 cm2/S
v = 12,5 cm2/S
ν = 12,5 carreras

Estos son algunos de los problemas de ejemplo que nos ayudan a comprender cómo podemos calcular el esfuerzo cortante, la viscosidad del fluido y la viscosidad cinemática cuando se conocen los demás parámetros.

Diploma

Hemos discutido la viscosidad de los líquidos y la derivación de las unidades de viscosidad, la viscosidad cinemática y la ley de viscosidad de Newton. También resolvimos algunos problemas de ejemplo para comprender cómo podemos calcular el esfuerzo cortante de un fluido viscoso, la viscosidad del fluido y la viscosidad cinemática cuando se conocen los demás parámetros. Háganos saber lo que piensa sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.

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Viscosidad de los Fluidos

En la Mecánica de Fluidos, la viscosidad se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento de una capa de fluido sobre otra capa adyacente del mismo. Hemos discutido las diferentes propiedades físicas de los fluidos en el artículo anterior. En este artículo, discutiremos la viscosidad de los fluidos y la deducción de las unidades de viscosidad, viscosidad cinemática y la ley de la viscosidad de Newton.

Propiedades físicas de los Fluidos

En general, las propiedades físicas de los fluidos son la densidad, viscosidad y tensión superficial, entre otras propiedades. La densidad de un fluido se define como su masa dividida por su volumen. La tensión superficial se refiere a la fuerza de tensión que actúa en la superficie de un líquido en contacto con un gas o entre dos líquidos inmiscibles, de manera que la superficie de contacto se comporta como una membrana bajo tensión.

Viscosidad de un Fluido

La viscosidad se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento de una capa de fluido sobre otra capa adyacente del mismo. Cuando dos capas de fluido, separadas por una distancia dy, se mueven una sobre otra a diferentes velocidades, digamos u y u + du, la viscosidad junto con la velocidad relativa causa una tensión de cizallamiento que actúa entre las capas de fluido.

Esta tensión de cizallamiento es proporcional al cambio de velocidad en función de y y se representa mediante un símbolo llamado Tau. Matemáticamente,

Tau = µ (du/dy)

Donde µ (mu) es la constante de proporcionalidad y se conoce como coeficiente de viscosidad dinámica o simplemente viscosidad. du/dy representa la tasa de deformación por cizallamiento o el gradiente de velocidad.

Unidades de Viscosidad

Las unidades de viscosidad se obtienen al poner las dimensiones de las cantidades en la ecuación dada anteriormente.

  1. En el sistema MKS, la fuerza se representa en kgf y la longitud en metros (m).
  2. En el sistema CGS, la fuerza se representa en dina y la longitud en centímetros (cm).
  3. En el sistema SI, la fuerza se representa en Newton (N) y la longitud en metros (m).

La unidad MKS de viscosidad es kgf-sec/m2, la unidad CGS es dina-sec/cm2 y la unidad SI es Ns/m2.

Conversiones numéricas de unidades de viscosidad:

Si la viscosidad se da en poise (unidad CGS), se debe dividir por 98.1 para obtener su valor equivalente en unidades MKS.

Si la viscosidad se da en centipoise (cP), donde 1 centipoise = 1/100 poise (o) 1 cP = 1/100 P (cP = Centipoise, P = Poise).

La viscosidad del agua a 20 °C es de 0.01 poise o 1.0 centipoise.

Viscosidad Cinemática

Se define como la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Se representa mediante el símbolo griego ν (nu). Matemáticamente,

ν = µ / ρ

Las unidades de viscosidad cinemática se obtienen como m2/sec en el sistema MKS y SI, y cm2/s en el sistema CGS. En unidades CGS, la viscosidad cinemática también se conoce como stoke, donde 1 stoke = 10-4 m2/s.

Ley de la Viscosidad de Newton

Establece que la tensión de cizallamiento en una capa de fluido es directamente proporcional a la tasa de deformación por cizallamiento. La constante de proporcionalidad se conoce como coeficiente de viscosidad.

Los fluidos que obedecen esta relación se conocen como fluidos newtonianos, mientras que los fluidos que no la obedecen se llaman fluidos no newtonianos.

Tipos de Fluidos según la Viscosidad

Los fluidos se pueden clasificar en cinco tipos:

  1. Fluido ideal: Un fluido incompresible y sin viscosidad.
  2. Fluido real: Un fluido que posee viscosidad.
  3. Fluido newtoniano: Un fluido en el que la tensión de cizallamiento es directa y proporcional a la tasa de deformación por cizallamiento.
  4. Fluido no newtoniano: Un fluido en el que la tensión de cizallamiento no es proporcional a la tasa de deformación por cizallamiento.
  5. Fluido plástico ideal: Un fluido en el que la tensión de cizallamiento es mayor que el valor de cedencia y es proporcional a la tasa de deformación por cizallamiento.

Variación de la Viscosidad con la Temperatura

La temperatura afecta la viscosidad. La viscosidad de los líquidos disminuye con el aumento de la temperatura, mientras que la viscosidad de los gases aumenta con el aumento de la temperatura. Esto se debe a que las fuerzas viscosas en un fluido se deben a la fuerza cohesiva y la transferencia de momento molecular.

En los líquidos, las fuerzas cohesivas predominan sobre la transferencia de momento molecular, debido a las moléculas estrechamente empaquetadas. Con el aumento de la temperatura, las fuerzas cohesivas disminuyen y, como resultado, disminuye la viscosidad.

Pero en el caso de los gases, la fuerza cohesiva es pequeña y la transferencia de momento molecular predomina. Con el aumento de la temperatura, la transferencia de momento molecular aumenta y, por lo tanto, aumenta la viscosidad.

Conclusión

Hemos discutido la viscosidad de los fluidos y la deducción de las unidades de viscosidad, viscosidad cinemática y la ley de la viscosidad de Newton. También hemos resuelto algunos problemas de ejemplo para comprender cómo calcular la tensión de cizallamiento de un fluido viscoso, la viscosidad del fluido y la viscosidad cinemática cuando se conocen los otros parámetros.

¡Déjanos saber qué piensas sobre este artículo en la sección de comentarios!

Preguntas frecuentes

  1. ¿Qué es la viscosidad de un fluido?
  2. ¿Cuáles son las unidades de viscosidad en el sistema MKS, CGS y SI?
  3. ¿Qué es la viscosidad cinemática?
  4. ¿Qué es la ley de la viscosidad de Newton?
  5. ¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad de un fluido?

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