Conceptos Esenciales de Fluidos: Viscosidad, Reología y Tensión Superficial

Conceptos Fundamentales de la Mecánica de Fluidos

Viscosidad y Fluidez

La viscosidad es una propiedad física que describe la resistencia de un líquido a fluir y deformarse. Se caracteriza por la fricción interna entre las partículas del fluido, que se oponen al movimiento relativo entre capas adyacentes.

La fluidez es una propiedad física que representa la facilidad de movimiento de los líquidos y gases, describiendo su capacidad para fluir y adaptarse a la forma de su contenedor. Se caracteriza por la movilidad de las partículas del fluido, que se desplazan libremente entre sí.

Tipos de Viscosidad

• Viscosidad dinámica: Es una medida de la resistencia interna de un fluido al fluir cuando se le aplica una fuerza externa. Se caracteriza por la fricción entre las capas del fluido durante el movimiento.
• Viscosidad cinemática: Es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Describe el comportamiento del flujo de un fluido bajo la acción de la gravedad.

Instrumentos de Medición de Viscosidad

Tipos de Viscosímetros y su Aplicación

• Viscosímetro de Copa Ford: Es un instrumento simple que mide el tiempo que tarda un volumen específico de fluido en fluir a través de un orificio calibrado en la base de una copa. Se utiliza principalmente para líquidos de baja a media viscosidad y mide la viscosidad cinemática.
• Viscosímetro de Ostwald o Cannon-Fenske: Consiste en un tubo en forma de U con un capilar en un lado. Mide el tiempo que tarda un fluido en fluir entre dos marcas bajo la acción de la gravedad. Es útil para determinar la viscosidad cinemática.
• Viscosímetro de Engler: Este viscosímetro se utiliza comúnmente para medir la viscosidad de aceites y determina la viscosidad cinemática.
• Viscosímetro Rotacional: Funciona midiendo la resistencia al giro de una aguja o husillo sumergido en el fluido. Es versátil y puede medir un amplio rango de viscosidades, determinando la viscosidad dinámica.
• Viscosímetro de Caída de Bola: Mide el tiempo que tarda una bola en caer a través del fluido en un tubo vertical. Es útil para determinar la viscosidad de fluidos transparentes o translúcidos y mide la viscosidad dinámica.

Clasificación de Fluidos según su Comportamiento Reológico

Tipos de Fluidos No Newtonianos

• Pseudoplásticos: Son fluidos cuya viscosidad disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento (adelgazamiento por cizallamiento). Su comportamiento no depende del tiempo de aplicación de la fuerza.
• Dilatantes: Son fluidos cuya viscosidad aumenta con la velocidad de cizallamiento (espesamiento por cizallamiento).
• Viscoelásticos: Son fluidos que exhiben propiedades tanto viscosas como elásticas cuando se someten a deformación, mostrando una combinación de flujo y recuperación elástica.
• Plásticos (de Bingham): Son fluidos que requieren un esfuerzo de cizallamiento mínimo (límite elástico) para comenzar a fluir; por debajo de este umbral, se comportan como sólidos.
• Reopécticos: Son fluidos cuya viscosidad aparente aumenta con el tiempo de aplicación de la fuerza o agitación. Una vez que la fuerza cesa, la viscosidad tiende a recuperar su estado original.
• Tixotrópicos: Son fluidos cuya viscosidad aparente disminuye con el tiempo de aplicación de la fuerza o agitación (se vuelven más líquidos). Una vez que la fuerza cesa, la viscosidad tiende a recuperar su estado original.

Fenómenos de Superficie y Fuerzas Intermoleculares

Tensión Superficial y Propiedades Relacionadas

La tensión superficial es una manifestación de las fuerzas intermoleculares que tiene lugar en la superficie de un líquido. Es una medida de la resistencia que ofrece un líquido a la deformación de su superficie. En la superficie, el resultado es una fuerza neta que tira de las moléculas hacia el interior del líquido.

• Cohesión: Es la atracción que tienen las moléculas de un líquido entre sí (moléculas del mismo tipo). Estas fuerzas de cohesión son responsables de la tensión superficial.
• Adhesión: Es la atracción de las moléculas de un tipo por moléculas de otro tipo (por ejemplo, entre un líquido y una superficie sólida).
• Capilaridad: Este movimiento ascendente o descendente de un líquido en un tubo estrecho (capilar) en contra de la gravedad, conocido como capilaridad, depende de la atracción entre las moléculas del líquido y las paredes del tubo (adhesión), así como de las interacciones entre las propias moléculas del líquido (cohesión).