Mide la resistencia interna al esfuerzo cortante

La viscosidad dinámica (también llamada viscosidad absoluta) cuantifica cuánta fuerza se necesita para mover una capa de fluido sobre otra. Es la propiedad intrínseca del fluido en sí, independiente de la densidad. Valores más altos significan mayor resistencia.

Fórmula: τ = μ × (du/dy) donde τ = esfuerzo cortante, du/dy = gradiente de velocidad

Unidades: Pa·s (SI), poise (P), centipoise (cP). Agua a 20°C = 1.002 cP

Viscosidad dinámica dividida por la densidad

La viscosidad cinemática mide la rapidez con la que un fluido fluye bajo la acción de la gravedad. Tiene en cuenta tanto la resistencia interna (viscosidad dinámica) como la masa por unidad de volumen (densidad). Se utiliza cuando el flujo por gravedad es importante, como en el drenaje de aceite o al verter un líquido.

Fórmula: ν = μ / ρ donde μ = viscosidad dinámica, ρ = densidad

Unidades: m²/s (SI), stokes (St), centistokes (cSt). Agua a 20°C = 1.004 cSt

• μ (dinámica) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densidad) = 998.2 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Relación: ν/μ ≈ 1.0 (el agua es la referencia)

• μ (dinámica) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densidad) = 850 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Nota: La cinemática es un 18% mayor que la dinámica (debido a una menor densidad)

• μ (dinámica) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densidad) = 1,261 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Nota: Muy viscosa, 1,400 veces más espesa que el agua

• μ (dinámica) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densidad) = 1.204 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Nota: Baja dinámica, alta cinemática (los gases tienen baja densidad)

Estándar ASTM D88, ampliamente utilizado en América del Norte para productos derivados del petróleo

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (válido para SUS > 32)

• Medido a temperaturas específicas: 100°F (37.8°C) o 210°F (98.9°C)
• Rango común: 31-1000+ SUS
• Ejemplo: Aceite SAE 30 ≈ 300 SUS a 100°F
• Variante Saybolt Furol (SFS) para fluidos muy viscosos: orificio ×10 más grande

Estándar británico IP 70, común en el Reino Unido y la antigua Commonwealth

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (válido para RW1 > 34)

• Medido a 70°F (21.1°C), 100°F o 140°F
• Variante Redwood No. 2 para fluidos más espesos
• Conversión: RW1 ≈ SUS × 1.15 (aproximado)
• En gran parte reemplazado por estándares ISO, pero todavía se hace referencia en especificaciones antiguas

Estándar alemán DIN 51560, utilizado en Europa y la industria petrolera

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (válido para °E > 1.2)

• Medido a 20°C, 50°C o 100°C
• °E = 1.0 para el agua a 20°C (por definición)
• Rango común: 1.0-20°E
• Ejemplo: Combustible diésel ≈ 3-5°E a 20°C

El experimento de laboratorio más largo del mundo (desde 1927) en la Universidad de Queensland muestra la brea (alquitrán) fluyendo a través de un embudo. Parece sólido, pero en realidad es un líquido de muy alta viscosidad: ¡100 mil millones de veces más viscoso que el agua! Solo han caído 9 gotas en 94 años.

La lava basáltica (baja viscosidad, 10-100 Pa·s) crea erupciones suaves al estilo hawaiano con ríos de lava. La lava riolítica (alta viscosidad, 100,000+ Pa·s) crea erupciones explosivas al estilo del Monte Santa Helena porque los gases no pueden escapar. La viscosidad literalmente da forma a las montañas volcánicas.

La sangre es de 3 a 4 veces más viscosa que el agua (3-4 cP a 37°C) debido a los glóbulos rojos. Una alta viscosidad sanguínea aumenta el riesgo de accidente cerebrovascular/ataque cardíaco. La aspirina en dosis bajas reduce la viscosidad al prevenir la agregación plaquetaria. Las pruebas de viscosidad sanguínea pueden predecir enfermedades cardiovasculares.

Contrariamente al mito popular, las ventanas antiguas no son más gruesas en la parte inferior debido al flujo. La viscosidad del vidrio a temperatura ambiente es de 10²⁰ Pa·s (un billón de billones de veces la del agua). Fluir 1 mm tardaría más que la edad del universo. Es un verdadero sólido, no un líquido lento.

SAE 10W-30 significa: 10W = viscosidad de invierno a 0°F (flujo a baja temperatura), 30 = viscosidad a 212°F (protección a temperatura de funcionamiento). La 'W' es de invierno (winter), no de peso (weight). Los aceites multigrado utilizan polímeros que se enrollan en frío (baja viscosidad) y se expanden en caliente (mantienen la viscosidad).

Los zapateros explotan la tensión superficial, pero también aprovechan la viscosidad del agua. Sus movimientos de patas crean vórtices que empujan contra la resistencia viscosa, impulsándolos hacia adelante. En un fluido de viscosidad cero (teórico), no podrían moverse, se deslizarían sin tracción.

Isaac Newton describe la viscosidad en Principia Mathematica. Introduce el concepto de 'fricción interna' en los fluidos.

Jean Poiseuille estudia el flujo sanguíneo en los capilares. Deriva la Ley de Poiseuille que relaciona el caudal con la viscosidad.

George Stokes deriva las ecuaciones para el flujo viscoso. Demuestra la relación entre la viscosidad dinámica y la cinemática.

Osborne Reynolds introduce el número de Reynolds. Relaciona la viscosidad con el régimen de flujo (laminar vs. turbulento).

El viscosímetro Saybolt se estandariza en EE. UU. El método de la copa de eflujo se convierte en el estándar de la industria petrolera.

El poise y el stokes se nombran como unidades CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s se convierten en estándar.

Comienza el experimento de la gota de brea en la Universidad de Queensland. Todavía en curso, es el experimento de laboratorio más largo de la historia.

El SI adopta el Pa·s y el m²/s como unidades estándar. El centipoise (cP) y el centistokes (cSt) siguen siendo comunes.

La norma ASTM D445 estandariza la medición de la viscosidad cinemática. El viscosímetro capilar se convierte en el estándar de la industria.

Los viscosímetros rotacionales permiten la medición de fluidos no newtonianos. Importante para pinturas, polímeros y alimentos.

Los viscosímetros digitales automatizan la medición. Los baños con control de temperatura aseguran una precisión de ±0.01 cSt.

Selección de aceite de motor, fluido hidráulico y lubricación de rodamientos:

• Grados SAE: 10W-30 significa 10W a 0°F, 30 a 212°F (rangos de viscosidad cinemática)
• Grados ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (viscosidad cinemática a 40°C en cSt)
• Selección de rodamientos: Demasiado delgado = desgaste, demasiado espeso = fricción/calor
• Índice de viscosidad (VI): Mide la sensibilidad a la temperatura (mayor = mejor)
• Aceites multigrado: Los aditivos mantienen la viscosidad a través de las temperaturas
• Sistemas hidráulicos: Típicamente de 32 a 68 cSt a 40°C para un rendimiento óptimo

Especificaciones de viscosidad para combustible, petróleo crudo y refinación:

• Fueloil pesado: Medido en cSt a 50°C (debe calentarse para bombear)
• Diésel: 2-4.5 cSt a 40°C (especificación EN 590)
• Clasificación del petróleo crudo: Ligero (<10 cSt), medio, pesado (>50 cSt)
• Flujo en tuberías: La viscosidad determina los requisitos de potencia de bombeo
• Grados de combustible para buques: IFO 180, IFO 380 (cSt a 50°C)
• Proceso de refinación: El viscorreductor reduce las fracciones pesadas

Control de calidad y optimización de procesos:

• Clasificación de la miel: 2,000-10,000 cP a 20°C (dependiendo de la humedad)
• Consistencia del jarabe: Jarabe de arce 150-200 cP, jarabe de maíz 2,000+ cP
• Lácteos: La viscosidad de la crema afecta la textura y la sensación en la boca
• Chocolate: 10,000-20,000 cP a 40°C (proceso de atemperado)
• Carbonatación de bebidas: La viscosidad afecta la formación de burbujas
• Aceite de cocina: 50-100 cP a 20°C (el punto de humo se correlaciona con la viscosidad)

Pintura, adhesivos, polímeros y control de procesos:

• Viscosidad de la pintura: 70-100 KU (unidades Krebs) para la consistencia de la aplicación
• Recubrimiento por pulverización: Típicamente 20-50 cP (demasiado espeso obstruye, demasiado delgado gotea)
• Adhesivos: 500-50,000 cP dependiendo del método de aplicación
• Fundidos de polímeros: 100-100,000 Pa·s (extrusión/moldeo)
• Tintas de impresión: 50-150 cP para flexografía, 1-5 P para offset
• Control de calidad: La viscosidad indica la consistencia del lote y la vida útil

La viscosidad dinámica (Pa·s, poise) mide la resistencia interna de un fluido a cortarse, su 'espesor' absoluto. La viscosidad cinemática (m²/s, stokes) es la viscosidad dinámica dividida por la densidad, es decir, la rapidez con la que fluye por gravedad. Para convertir entre ellas, necesitas la densidad: ν = μ/ρ. Piénsalo así: la miel tiene una alta viscosidad dinámica (es espesa), pero el mercurio también tiene una alta viscosidad cinemática a pesar de ser 'delgado' (porque es muy denso).

No sin conocer la densidad del fluido a la temperatura de medición. Para el agua cerca de 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (porque la densidad del agua es ≈ 1 g/cm³). Pero para el aceite de motor (densidad ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. Nuestro conversor bloquea las conversiones entre tipos para evitar errores. Usa esta fórmula: cSt = cP / (densidad en g/cm³).

Los grados de viscosidad SAE especifican rangos de viscosidad cinemática. '10W' significa que cumple con los requisitos de flujo a baja temperatura (W = winter, probado a 0°F). '30' significa que cumple con los requisitos de viscosidad a alta temperatura (probado a 212°F). Los aceites multigrado (como el 10W-30) utilizan aditivos para mantener la viscosidad a diferentes temperaturas, a diferencia de los aceites monogrado (SAE 30) que se adelgazan drásticamente al calentarse.

Los Segundos Universales Saybolt (SUS) miden cuánto tiempo tardan 60 ml de fluido en drenar a través de un orificio calibrado. La fórmula empírica es: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (para SUS > 32). Por ejemplo, 100 SUS ≈ 21 cSt. Los SUS todavía se utilizan en las especificaciones del petróleo a pesar de ser un método más antiguo. Los laboratorios modernos utilizan viscosímetros cinemáticos que miden directamente los cSt según la norma ASTM D445.

Una temperatura más alta da a las moléculas más energía cinética, permitiéndoles deslizarse más fácilmente unas sobre otras. Para los líquidos, la viscosidad suele disminuir entre un 2 y un 10% por cada °C. El aceite de motor a 20°C puede tener 200 cP, pero solo 15 cP a 100°C (¡una disminución de 13 veces!). El Índice de Viscosidad (VI) mide esta sensibilidad a la temperatura: los aceites con un VI alto (100+) mantienen mejor su viscosidad, mientras que los de VI bajo (<50) se adelgazan drásticamente al calentarse.

La mayoría de los sistemas hidráulicos funcionan mejor a 25-50 cSt a 40°C. Demasiado baja (<10 cSt) causa fugas internas y desgaste. Demasiado alta (>100 cSt) causa una respuesta lenta, un alto consumo de energía y acumulación de calor. Consulta las especificaciones del fabricante de tu bomba: las bombas de paletas prefieren 25-35 cSt, mientras que las bombas de pistón toleran 35-70 cSt. El ISO VG 46 (46 cSt a 40°C) es el aceite hidráulico de uso general más común.

No hay un máximo teórico, pero las mediciones prácticas se vuelven difíciles por encima de 1 millón de cP (1000 Pa·s). El betún/brea puede alcanzar los 100 mil millones de Pa·s. Algunos polímeros fundidos superan el millón de Pa·s. A viscosidades extremas, la frontera entre líquido y sólido se difumina: estos materiales exhiben tanto flujo viscoso (como los líquidos) como recuperación elástica (como los sólidos), lo que se denomina viscoelasticidad.

El poise honra a Jean Léonard Marie Poiseuille (década de 1840), que estudió el flujo sanguíneo en los capilares. El stokes honra a George Gabriel Stokes (década de 1850), que derivó las ecuaciones para el flujo viscoso y demostró la relación entre la viscosidad dinámica y la cinemática. Un reyn (libra-fuerza segundo por pulgada cuadrada) lleva el nombre de Osbourne Reynolds (década de 1880), famoso por el número de Reynolds en la dinámica de fluidos.