Viscosidade

Viscosidade

A viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta.

Definição

É a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura. 

Define-se pela lei de Newton da viscosidade:

Onde   é a taxa de deformação angular do fluido, enquanto que a constante   é o coeficiente de viscosidade, viscosidade absoluta ou viscosidade dinâmica. Muitos fluidos, como a água ou a maioria dos gases, satisfazem os critérios de Newton e por isso são conhecidos como fluidos newtonianos. Os fluidos não newtonianos têm um comportamento mais complexo e não linear.

As suspensões coloidais, as emulsões e os géis são exemplos de fluidos não newtonianos, como o sangue, o ketchup, as suspensões de amido, as tintas e o petróleo. O coeficiente de viscosidade desses fluidos não é constante.

Viscosidade é a propriedade associada à resistência que o fluido oferece a deformação por cisalhamento. De outra maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente a interações intermoleculares, sendo em geral função da temperatura. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento. Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade.

Viscosidade cinemática

A viscosidade cinemática (letra grega ni, ν), é definida por:

em que ρ é a massa específica do fluido.

Unidades

No SI, a unidade da viscosidade cinemática ν é m²/s . No sistema CGS é utilizada a unidade Stokes (St), sendo um Stokes igual a 10⁻⁴ m²/s  e dada a magnitude do seu valor é preferível utilizar a forma centistokes.

A viscosidade absoluta tem como unidade Pa.s (N.s/m²) em unidades do SI . Essa unidade é normalmente expressa em mPa.s dado a sua magnitude. Outra forma conveniente, a partir do sistema CGS é o Poise, sendo um Poise igual a 0,1 Pa.s³ ou seja, um centipoise (cP) é igual a 1 mPa.s.

Viscosidade nos líquidos

A viscosidade de qualquer fluido vem de seu atrito interno. Nos fluidos líquidos, este atrito interno origina-se das forças de atração entre moléculas relativamente próximas. Com o aumento da temperatura, a energia cinética média das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Por este motivo, um óleo lubrificante torna-se menos viscoso com o aumento da temperatura.

Viscosidade dos gases

m um gás as moléculas estão em média a distâncias relativamente grandes umas das outras, disto originando-se sua baixa densidade. Assim sendo, as forças de atração entre moléculas não são efetivas na transmissão da energia cinética e por este motivo essas forças não podem produzir sua viscosidade. A viscosidade de um gás é produzida predominantemente da transferência de momentum, ou seja, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movam com velocidades de módulos diferentes. Por este motivo, a viscosidade de um gás aumenta com sua temperatura, pois a velocidade média das partículas do gás aumenta com sua temperatura, tornando a transmissão de energia cada vez mais difícil.

 Viscosidade nos líquidos

A viscosidade de qualquer fluido vem de seu atrito interno. Nos fluidos líquidos, este atrito interno origina-se das forças de atração entre moléculas relativamente próximas. Com o aumento da temperatura, a energia cinética média das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Por este motivo, um óleo lubrificante torna-se menos viscoso com o aumento da temperatura.

Viscosidade dos gases

m um gás as moléculas estão em média a distâncias relativamente grandes umas das outras, disto originando-se sua baixa densidade. Assim sendo, as forças de atração entre moléculas não são efetivas na transmissão da energia cinética e por este motivo essas forças não podem produzir sua viscosidade. A viscosidade de um gás é produzida predominantemente da transferência de momentum, ou seja, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movam com velocidades de módulos diferentes. Por este motivo, a viscosidade de um gás aumenta com sua temperatura, pois a velocidade média das partículas do gás aumenta com sua temperatura, tornando a transmissão de energia cada vez mais difícil.

 Viscosidade nos líquidos

A viscosidade de qualquer fluido vem de seu atrito interno. Nos fluidos líquidos, este atrito interno origina-se das forças de atração entre moléculas relativamente próximas. Com o aumento da temperatura, a energia cinética média das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Por este motivo, um óleo lubrificante torna-se menos viscoso com o aumento da temperatura.

Viscosidade dos gases

m um gás as moléculas estão em média a distâncias relativamente grandes umas das outras, disto originando-se sua baixa densidade. Assim sendo, as forças de atração entre moléculas não são efetivas na transmissão da energia cinética e por este motivo essas forças não podem produzir sua viscosidade. A viscosidade de um gás é produzida predominantemente da transferência de momentum, ou seja, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movam com velocidades de módulos diferentes. Por este motivo, a viscosidade de um gás aumenta com sua temperatura, pois a velocidade média das partículas do gás aumenta com sua temperatura, tornando a transmissão de energia cada vez mais difícil.

 Viscosidade de alguns materiais comuns

Algumas viscosidades de fluidos newtonianos estão listadas abaixo:

Gases (a 0 °C):

	Viscosidade  (Pa·s)
hidrogênio	8,4 × 10−6
ar	17,2 × 10−6
xenônio	21,2 × 10−6

Líquidos (a 20 °C):

	viscosidade (Pa·s)
álcool etílico	0,248 × 10−3
acetona	0,326 × 10−3
metanol	0,597 × 10−3
álcool propílico	2,256 × 10−3
benzeno	0,64 × 10−3
água	1,0030 × 10−3
nitrobenzeno	2,0 × 10−3
mercúrio	17,0 × 10−3
ácido sulfúrico	30 × 10−3
óleo de oliva	81 × 10−3
oleo de rícino	0,985
glicerol	1,485
polímero derretido	10³
piche	107
vidro	1040
Sangue	4 × 10−3

Fluidos com composições variadas, como mel, podem ter uma grande variedade de viscosidades.

Medição de Viscosidade

O coeficiente de viscosidade pode ser medido através do seguinte experimento: deixa-se uma esfera cair em um fluido, e mede-se a sua velocidade terminal. Então, aplicando-se a Lei de Stokes:

em que:

: aceleração gravitacional, expressa em m/s²;

: raio do corpo, expresso em m;

ρ_esfera: massa volúmica (massa específica) da esfera, expressa em kg/m³;

ρ_fluido: massa volúmica do fluido, expressa em kg/m³;

v_terminal: a velocidade terminal que a esfera atinge no fluido, expressa em m/s;