Viscosidad
La viscosidad es la resistencia interna de un fluido a fluir, debida al rozamiento entre sus capas y sus moléculas.
La viscosidad es la resistencia que opone un fluido a fluir, es decir, a que unas capas de líquido o gas se deslicen sobre otras. La miel es más viscosa que el agua y el agua más que el aire: la diferencia se nota al verter, al remover o al mover un objeto a través del fluido. Es una propiedad clave en la industria alimentaria, en los lubricantes, en las pinturas y en el flujo de la sangre.
¿Qué es la viscosidad?
La viscosidad procede del rozamiento interno entre las partículas de un fluido. Cuando una capa se mueve respecto a otra, las fuerzas intermoleculares se oponen a ese deslizamiento. El término procede del latín viscum, «muérdago», de cuyas bayas se obtenía una sustancia pegajosa.
Isaac Newton propuso que el esfuerzo cortante (τ) necesario para mover un fluido es proporcional a la velocidad de deformación, es decir, al gradiente de velocidad entre capas:
La constante de proporcionalidad, η, es la viscosidad dinámica. Los fluidos que la cumplen con η constante se llaman newtonianos.
Unidades
| Magnitud | Unidad SI | Otras unidades | Equivalencia |
|---|---|---|---|
| Viscosidad dinámica (η) | Pa·s | Poise (P), centipoise (cP) | 1 Pa·s = 10 P = 1000 cP |
| Viscosidad cinemática (ν) | m²/s | Stokes (St), centistokes (cSt) | 1 St = 1 cm²/s = 10⁻⁴ m²/s |
La viscosidad cinemática se obtiene dividiendo la dinámica entre la densidad:
Así, la densidad interviene directamente. El agua a 20 °C tiene η ≈ 1,0 mPa·s (1 cP); a 25 °C baja a 0,89 mPa·s.
Valores aproximados a 20 °C
| Fluido | Viscosidad dinámica |
|---|---|
| Aire | 0,018 mPa·s |
| Agua | 1,0 mPa·s |
| Etanol | 1,2 mPa·s |
| Mercurio | 1,55 mPa·s |
| Aceite de oliva | unos 80 mPa·s |
| Glicerina | aprox. 1400 mPa·s (1,4 Pa·s) |
| Miel | varios Pa·s, según su composición |
Factores que influyen
- Temperatura: en los líquidos, la viscosidad disminuye al calentar, porque las moléculas ganan energía y vencen mejor las atracciones (la miel caliente fluye mejor). En los gases ocurre lo contrario: aumenta, ya que hay más choques entre moléculas.
- Estructura molecular: moléculas largas o con puentes de hidrógeno, como la glicerina, aumentan la viscosidad.
- Presión: tiene un efecto pequeño, salvo a presiones muy altas.
- Concentración: una disolución de azúcar es más viscosa cuanto más concentrada.
Fluidos newtonianos y no newtonianos
En los fluidos no newtonianos, la viscosidad cambia con la fuerza aplicada:
- Pseudoplásticos (se vuelven más fluidos al agitarlos): kétchup, pintura, sangre.
- Dilatantes (se espesan al golpearlos): la mezcla de maicena y agua.
- Plásticos de Bingham: no fluyen hasta superar un umbral, como la pasta de dientes.
La rama que estudia estos comportamientos es la reología.
Cómo se mide
- Viscosímetro capilar (Ostwald, Ubbelohde): mide el tiempo que tarda un volumen de líquido en pasar por un tubo fino.
- Viscosímetro de caída de bola (Höppler): se basa en la ley de Stokes.
- Viscosímetro rotacional (Brookfield): mide el par necesario para girar un husillo sumergido.
- Copa de flujo (Ford): en pinturas, se mide el tiempo de vaciado.
La ley de Stokes relaciona la velocidad de caída de una esfera con la viscosidad:
Aplicaciones
Los aceites de motor se clasifican por su grado SAE (por ejemplo, 5W-30), que describe su viscosidad en frío y en caliente. En la industria alimentaria se ajusta la textura de salsas y yogures; en farmacia, la de jarabes y geles; y en medicina, la viscosidad de la sangre es un indicador clínico. En el petróleo, la viscosidad condiciona su extracción y transporte por tuberías.
Ejercicios resueltos
1. Un aceite tiene una viscosidad de 250 cP. Exprésala en Pa·s.
1 cP = 0,001 Pa·s. 250 × 0,001 = 0,25 Pa·s.
2. Calcula la viscosidad cinemática del agua a 20 °C (η = 1,0 × 10⁻³ Pa·s; ρ = 998 kg/m³).
ν = η/ρ = 1,0 × 10⁻³ / 998 ≈ 1,0 × 10⁻⁶ m²/s, es decir, 1 cSt.
3. Una bola de acero (r = 2,0 mm; ρ = 7800 kg/m³) cae a 0,040 m/s en un líquido de ρ = 1260 kg/m³. Calcula la viscosidad (g = 9,81 m/s²).
η = 2 · (0,002)² · (7800 − 1260) · 9,81 / (9 · 0,040) = 0,513 / 0,36 ≈ 1,4 Pa·s, un valor compatible con el de la glicerina.
Preguntas frecuentes
¿Qué fluido es más viscoso, el agua o el aceite?
El aceite. Su viscosidad es decenas de veces mayor que la del agua, por eso fluye más despacio y resbala más lentamente.
¿Por qué el aceite del motor se vuelve más fluido al calentarse?
Porque al subir la temperatura las moléculas se mueven con más energía y las fuerzas que las mantienen unidas se debilitan, de modo que la viscosidad disminuye. Los grados SAE (5W-30) describen esta variación.
¿Qué es un fluido no newtoniano?
Es un fluido cuya viscosidad cambia con la fuerza o la velocidad con que se deforma. El kétchup fluye mejor tras agitarlo; la maicena con agua se vuelve rígida al golpearla.
¿Qué diferencia hay entre viscosidad dinámica y cinemática?
La dinámica (η) mide la resistencia al flujo y se expresa en Pa·s. La cinemática (ν) es la dinámica dividida por la densidad y se expresa en m²/s; describe lo rápido que fluye un fluido bajo la acción de la gravedad.
Referencias
- Atkins, P. y de Paula, J. Química física. Editorial Médica Panamericana.
- White, F. M. Mecánica de fluidos. McGraw-Hill.
- Haynes, W. M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Viscosidad». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/viscosidad/
