Mede a resistência interna à tensão de corte

A viscosidade dinâmica (também chamada de viscosidade absoluta) quantifica a força necessária para mover uma camada de fluido sobre outra. É a propriedade intrínseca do próprio fluido, independente da densidade. Valores mais altos significam maior resistência.

Fórmula: τ = μ × (du/dy) onde τ = tensão de corte, du/dy = gradiente de velocidade

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

Viscosidade dinâmica dividida pela densidade

A viscosidade cinemática mede a rapidez com que um fluido escoa sob a ação da gravidade. Tem em conta tanto a resistência interna (viscosidade dinâmica) como a massa por volume (densidade). Usada quando o escoamento por gravidade é importante, como na drenagem de óleo ou ao verter um líquido.

Fórmula: ν = μ / ρ onde μ = viscosidade dinâmica, ρ = densidade

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

• μ (dinâmica) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (densidade) = 998.2 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Relação: ν/μ ≈ 1.0 (a água é a referência)

• μ (dinâmica) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (densidade) = 850 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Nota: A cinemática é 18% superior à dinâmica (devido à menor densidade)

• μ (dinâmica) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (densidade) = 1,261 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Nota: Muito viscosa—1,400 vezes mais espessa que a água

• μ (dinâmica) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (densidade) = 1.204 kg/m³
• ν (cinemática) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Nota: Baixa dinâmica, alta cinemática (os gases têm baixa densidade)

Padrão ASTM D88, amplamente utilizado na América do Norte para produtos petrolíferos

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

• Medido a temperaturas específicas: 100°F (37.8°C) ou 210°F (98.9°C)
• Intervalo comum: 31-1000+ SUS
• Exemplo: Óleo SAE 30 ≈ 300 SUS @ 100°F
• Variante Saybolt Furol (SFS) para fluidos muito viscosos: orifício ×10 maior

Padrão britânico IP 70, comum no Reino Unido e na antiga Commonwealth

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

• Medido a 70°F (21.1°C), 100°F ou 140°F
• Variante Redwood N.º 2 para fluidos mais espessos
• Conversão: RW1 ≈ SUS × 1.15 (aproximado)
• Em grande parte substituído por padrões ISO, mas ainda referenciado em especificações antigas

Padrão alemão DIN 51560, utilizado na Europa e na indústria petrolífera

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

• Medido a 20°C, 50°C ou 100°C
• °E = 1.0 para água @ 20°C (por definição)
• Intervalo comum: 1.0-20°E
• Exemplo: Gasóleo ≈ 3-5°E @ 20°C

A experiência de laboratório mais longa do mundo (desde 1927) na Universidade de Queensland mostra o piche (alcatrão) a escoar através de um funil. Parece sólido, mas na verdade é um líquido de viscosidade muito elevada—100 mil milhões de vezes mais viscoso que a água! Apenas 9 gotas caíram em 94 anos.

A lava basáltica (baixa viscosidade, 10-100 Pa·s) cria erupções suaves do tipo havaiano com rios de lava. A lava riolítica (alta viscosidade, 100,000+ Pa·s) cria erupções explosivas do tipo Monte Santa Helena porque os gases não conseguem escapar. A viscosidade literalmente molda as montanhas vulcânicas.

O sangue é 3-4 vezes mais viscoso que a água (3-4 cP @ 37°C) devido aos glóbulos vermelhos. A alta viscosidade do sangue aumenta o risco de AVC/ataque cardíaco. A aspirina em baixa dose reduz a viscosidade ao impedir a agregação de plaquetas. O teste de viscosidade do sangue pode prever doenças cardiovasculares.

Ao contrário do mito popular, as janelas antigas não são mais espessas na base devido ao escoamento. A viscosidade do vidro à temperatura ambiente é de 10²⁰ Pa·s (um trilião de triliões de vezes a da água). Para escoar 1 mm, levaria mais tempo que a idade do universo. É um verdadeiro sólido, não um líquido lento.

SAE 10W-30 significa: 10W = viscosidade de inverno @ 0°F (escoamento a baixa temperatura), 30 = viscosidade @ 212°F (proteção à temperatura de funcionamento). O 'W' é para inverno (winter), não para peso (weight). Os óleos multigrade usam polímeros que se enrolam no frio (baixa viscosidade) e se expandem no calor (mantêm a viscosidade).

Os alfaiates exploram a tensão superficial, mas também aproveitam a viscosidade da água. Os seus movimentos das pernas criam vórtices que empurram contra a resistência viscosa, impulsionando-os para a frente. Num fluido de viscosidade zero (teórico), eles não conseguiriam mover-se—deslizariam sem tração.

Isaac Newton descreve a viscosidade na obra Principia Mathematica. Introduz o conceito de 'atrito interno' nos fluidos.

Jean Poiseuille estuda o fluxo sanguíneo nos capilares. Deriva a Lei de Poiseuille, que relaciona a taxa de fluxo com a viscosidade.

George Stokes deriva as equações para o fluxo viscoso. Prova a relação entre a viscosidade dinâmica e a cinemática.

Osborne Reynolds introduz o número de Reynolds. Relaciona a viscosidade com o regime de fluxo (laminar vs. turbulento).

O viscosímetro Saybolt é padronizado nos EUA. O método do copo de escoamento torna-se o padrão da indústria petrolífera.

O poise e o stokes são nomeados como unidades CGS. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s tornam-se padrão.

A experiência da gota de piche começa na Universidade de Queensland. Ainda em curso—a experiência de laboratório mais longa de sempre.

O SI adota o Pa·s e o m²/s como unidades padrão. O centipoise (cP) e o centistokes (cSt) permanecem comuns.

A norma ASTM D445 padroniza a medição da viscosidade cinemática. O viscosímetro capilar torna-se o padrão da indústria.

Os viscosímetros rotacionais permitem a medição de fluidos não-newtonianos. Importante para tintas, polímeros, alimentos.

Os viscosímetros digitais automatizam a medição. Banhos com temperatura controlada garantem uma precisão de ±0.01 cSt.

Seleção de óleo de motor, fluido hidráulico e lubrificação de rolamentos:

• Graus SAE: 10W-30 significa 10W @ 0°F, 30 @ 212°F (intervalos de viscosidade cinemática)
• Graus ISO VG: VG 32, VG 46, VG 68 (viscosidade cinemática @ 40°C em cSt)
• Seleção de rolamentos: Demasiado fino = desgaste, demasiado espesso = atrito/calor
• Índice de Viscosidade (VI): Mede a sensibilidade à temperatura (mais alto = melhor)
• Óleos multigrade: Aditivos mantêm a viscosidade em diferentes temperaturas
• Sistemas hidráulicos: Tipicamente 32-68 cSt @ 40°C para um desempenho ótimo

Especificações de viscosidade para combustível, petróleo bruto e refinação:

• Óleo combustível pesado: Medido em cSt @ 50°C (precisa ser aquecido para bombear)
• Diesel: 2-4.5 cSt @ 40°C (especificação EN 590)
• Classificação do petróleo bruto: Leve (<10 cSt), médio, pesado (>50 cSt)
• Fluxo em oleodutos: A viscosidade determina os requisitos de potência de bombeamento
• Graus de combustível de navio: IFO 180, IFO 380 (cSt @ 50°C)
• Processo de refinação: O visbreaking reduz as frações pesadas

Controlo de qualidade e otimização de processos:

• Classificação do mel: 2,000-10,000 cP @ 20°C (dependendo da humidade)
• Consistência do xarope: Xarope de ácer 150-200 cP, xarope de milho 2,000+ cP
• Lacticínios: A viscosidade da nata afeta a textura e a sensação na boca
• Chocolate: 10,000-20,000 cP @ 40°C (processo de temperagem)
• Carbonatação de bebidas: A viscosidade afeta a formação de bolhas
• Óleo de cozinha: 50-100 cP @ 20°C (o ponto de fumo correlaciona-se com a viscosidade)

Tinta, adesivos, polímeros e controlo de processos:

• Viscosidade da tinta: 70-100 KU (unidades Krebs) para consistência da aplicação
• Revestimento por pulverização: Tipicamente 20-50 cP (demasiado espesso entope, demasiado fino escorre)
• Adesivos: 500-50,000 cP dependendo do método de aplicação
• Polímeros fundidos: 100-100,000 Pa·s (extrusão/moldagem)
• Tintas de impressão: 50-150 cP para flexografia, 1-5 P para offset
• Controlo de qualidade: A viscosidade indica a consistência do lote e o prazo de validade

A viscosidade dinâmica (Pa·s, poise) mede a resistência interna de um fluido ao corte—a sua 'espessura' absoluta. A viscosidade cinemática (m²/s, stokes) é a viscosidade dinâmica dividida pela densidade—a rapidez com que escoa sob a ação da gravidade. Precisa da densidade para converter entre elas: ν = μ/ρ. Pense nisto assim: o mel tem uma alta viscosidade dinâmica (é espesso), mas o mercúrio também tem uma alta viscosidade cinemática apesar de ser 'fino' (porque é muito denso).

Não sem saber a densidade do fluido à temperatura de medição. Para a água perto de 20°C, 1 cP ≈ 1 cSt (porque a densidade da água é ≈ 1 g/cm³). Mas para o óleo de motor (densidade ≈ 0.9), 90 cP = 100 cSt. O nosso conversor bloqueia conversões entre tipos para evitar erros. Use esta fórmula: cSt = cP / (densidade em g/cm³).

Os graus de viscosidade SAE especificam intervalos de viscosidade cinemática. '10W' significa que cumpre os requisitos de escoamento a baixa temperatura (W = winter, testado a 0°F). '30' significa que cumpre os requisitos de viscosidade a alta temperatura (testado a 212°F). Os óleos multigrade (como o 10W-30) usam aditivos para manter a viscosidade em diferentes temperaturas, ao contrário dos óleos monograde (SAE 30) que se tornam drasticamente mais finos quando aquecidos.

Os Segundos Universais Saybolt (SUS) medem o tempo que 60 ml de fluido levam a escoar através de um orifício calibrado. A fórmula empírica é: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (para SUS > 32). Por exemplo, 100 SUS ≈ 21 cSt. O SUS ainda é usado em especificações de petróleo, apesar de ser um método mais antigo. Os laboratórios modernos usam viscosímetros cinemáticos que medem diretamente os cSt de acordo com a norma ASTM D445.

Uma temperatura mais alta dá às moléculas mais energia cinética, permitindo que elas deslizem mais facilmente umas sobre as outras. Para os líquidos, a viscosidade normalmente diminui 2-10% por °C. O óleo de motor a 20°C pode ter 200 cP, mas apenas 15 cP a 100°C (uma diminuição de 13 vezes!). O Índice de Viscosidade (VI) mede esta sensibilidade à temperatura: óleos com VI alto (100+) mantêm melhor a sua viscosidade, óleos com VI baixo (<50) tornam-se drasticamente mais finos quando aquecidos.

A maioria dos sistemas hidráulicos funciona melhor entre 25-50 cSt @ 40°C. Demasiado baixa (<10 cSt) causa fugas internas e desgaste. Demasiado alta (>100 cSt) causa uma resposta lenta, alto consumo de energia e acumulação de calor. Verifique a especificação do fabricante da sua bomba—as bombas de palhetas preferem 25-35 cSt, as bombas de pistão toleram 35-70 cSt. O ISO VG 46 (46 cSt @ 40°C) é o óleo hidráulico de uso geral mais comum.

Não existe um máximo teórico, mas as medições práticas tornam-se difíceis acima de 1 milhão de cP (1000 Pa·s). O betume/piche pode atingir 100 mil milhões de Pa·s. Alguns polímeros fundidos excedem 1 milhão de Pa·s. Em viscosidades extremas, a fronteira entre líquido e sólido esbate-se—estes materiais exibem tanto fluxo viscoso (como os líquidos) como recuperação elástica (como os sólidos), o que se chama viscoelasticidade.

O poise homenageia Jean Léonard Marie Poiseuille (década de 1840), que estudou o fluxo sanguíneo nos capilares. O stokes homenageia George Gabriel Stokes (década de 1850), que derivou as equações para o fluxo viscoso e provou a relação entre a viscosidade dinâmica e a cinemática. Um reyn (libra-força segundo por polegada quadrada) tem o nome de Osbourne Reynolds (década de 1880), famoso pelo número de Reynolds na dinâmica dos fluidos.