Viscosidade

Viscosidade é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento,^[1] isto é, ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade com que o fluido se movimenta.

Definição

É a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura.^[2]

Define-se pela lei de Newton da viscosidade:

${\displaystyle \tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}}$.

Pressão laminar de um fluido entre duas placas. Atrito entre o fluido e a superfície móvel causa a torsão do fluido. A força necessária para essa ação é a medida da viscosidade do fluido.

Onde ${\displaystyle \tau }$ é a taxa de deformação angular do fluido, enquanto que a constante ${\displaystyle \mu }$ 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 à 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:

${\displaystyle \nu ={\frac {\mu }{\rho }},}$

onde ρ é a massa específica do fluido e μ é a viscosidade dinâmica.

Unidades

No SI, a unidade da viscosidade cinemática ν é m²/s.^[3] No sistema CGS é utilizada a unidade Stokes (St), sendo um Stokes igual a 10⁻⁴ m²/s^[4] 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.^[3] 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.s^[4] 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 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 nos gases

Em 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 atracção entre moléculas não são efectivas 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 as velocidade médias das partículas do gás aumentam com sua temperatura, diminuindo o tempo de interação entre uma molécula e outra, 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	1,0020 × 10−3[5]
nitrobenzeno	2,0 × 10−3
sangue humano[6]	4 × 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

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

Medição da 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:

${\displaystyle \mu =2gr^{2}{\frac {\rho _{\text{esfera}}-\rho _{\text{fluido}}}{9v_{\text{terminal}}}}\,}$

em que:

${\displaystyle g}$: aceleração gravitacional, expressa em m/s²;

${\displaystyle r}$: 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.

Ver também

• Unidades de viscosidade

Ligações externas

• Converter viscosidade cinemática - unidades métricas e imperiais (em inglês)
• Converter viscosidade dinâmica - unidades métricas e imperiais (em inglês)
• Fenômenos de Transporte CEFET/RJ (link fora do ar)

Referências

1. «O que é viscosidade de um fluido?». Prolab
2. Agência Nacional do Petróleo, PORTARIA ANP N. 80, DE 30.04.99 (pdf)
3. Le système SI d'unités de mesure, IV - Unités mécaniques, site do Ministre de l’Économie, de l’Industrie et de l’Emploi, da França (em francês)
4. Journal Officiel de la Republique Française, edição de 28 Février 1982, no site do Ministre de l’Économie, de l’Industrie et de l’Emploi, da França (em francês)
5. Elert, Glenn. «Viscosity – The Physics Hypertextbook». The Physics Hypertextbook (em inglês). Consultado em 27 de setembro de 2018
6. Bertulani, Carlos. «Viscosidade». www.if.ufrj.br. Consultado em 8 de abril de 2017