¿Cuál es la diferencia entre viscosidad dinámica y cinemática?

La viscosidad es una propiedad material fundamental al estudiar el flujo de fluidos en cualquier aplicación. Los dos tipos de viscosidad más comunes son la dinámica y la cinemática. La relación entre estas dos propiedades es muy simple.

La viscosidad dinámica (también llamada viscosidad absoluta) es una medida de la resistencia interna de un fluido al flujo, mientras que la viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad. Según la expresión anterior, dos fluidos con la misma viscosidad dinámica pueden tener viscosidades cinemáticas muy diferentes según la densidad y viceversa. Por tanto, no siempre es fácil captar el significado físico de las propiedades de estos dos materiales.

En pocas palabras, la viscosidad dinámica le brinda información sobre la fuerza requerida para hacer que un fluido fluya a una velocidad específica, mientras que la viscosidad cinemática indica qué tan rápido fluye un fluido cuando se aplica una fuerza específica.

La resistencia interna al flujo de fluido (viscosidad dinámica) significa que existen fuerzas involucradas en el desplazamiento del fluido. Esta fuerza (F) es proporcional a:

1) Tasa de corte (SR)

2) Área de superficie (A)

3) Viscosidad dinámica (η)

F=ηA ×SR

En la expresión anterior (ley de viscosidad de Newton), la viscosidad dinámica se utiliza como una constante de proporcionalidad entre la tensión F/A y la tasa de deformación o tasa de corte. Otra forma de pensar acerca de la viscosidad cinemática es darse cuenta de que tiene un coeficiente de difusión [cm 2 / s]. Por esta razón, la viscosidad cinemática a veces se denomina difusividad del momento, análoga a la difusividad del calor y la masa. En este sentido, la viscosidad dinámica es una propiedad más fundamental, mientras que la viscosidad cinemática es una propiedad derivada.

Históricamente, el método de medición de la viscosidad elegido era la viscosidad cinemática porque no implica medir la fuerza. En la mayoría de los viscosímetros "cinemáticos", el flujo de fluido es impulsado por la gravedad (g). Estos métodos (capilar, embudo...) simplemente miden el tiempo que tarda un fluido en fluir a través de una geometría determinada. Los viscosímetros más precisos se basan en medir el esfuerzo cortante a una velocidad de corte determinada. Esto permite una caracterización más completa de la huella de viscosidad (es decir, viscosidad versus velocidad de corte) de fluidos complejos no newtonianos.

Otra diferencia entre estas dos propiedades es la singularidad de sus unidades. Las unidades de viscosidad dinámica son MPa-s en unidades SI y CP equivalente (centímetros) en CGS. Por otro lado, las unidades más comunes de viscosidad cinemática son las unidades SI en centímetros por segundo y CGS en centistokes (tubo centimétrico), pero también depende de la industria o aplicación si se mide en más de una unidad arbitraria. Este es el caso de Saybolt Universal Seconds (SUS) en la industria petrolera, donde el tiempo necesario para que 60 cm3 de fluido fluyan a través de un tubo de calibración a 38 grados se utiliza como medida de viscosidad. Otro ejemplo es el uso de una "taza" para medir el tiempo que tarda una muestra determinada en fluir a través de un embudo de una geometría determinada. Estos métodos se utilizan a menudo como medidores del índice de viscosidad porque no producen resultados consistentes que puedan compartirse entre diferentes laboratorios.

Entonces, ¿cuál deberías usar? Si está interesado en interacciones entre moléculas que puedan explicarse en términos de tensión mecánica, entonces la viscosidad dinámica es más apropiada. Por ejemplo, la viscosidad dinámica puede determinar el efecto de los cambios de formulación sobre las interacciones moleculares y la viscosidad. Por el contrario, la viscosidad cinemática se ha convertido en el estándar en la industria petrolera debido a la simplicidad del viscosímetro cinemático. Por esta razón, la viscosidad cinemática es más conveniente cuando el interés está en el movimiento del fluido y los campos de velocidad, ya que transporta información sobre la propagación del movimiento causado por la fricción.