Viscosidad

La viscosidad mide la resistencia de un fluido al flujo. Alta viscosidad significa espeso y lento (miel, melaza); baja viscosidad significa fino y fluido (agua, alcohol). La palabra cotidiana “espeso” combina varias propiedades; la viscosidad aísla específicamente la resistencia al cizallamiento. Dos latas de pintura con densidad y pigmento idénticos pueden tener viscosidades radicalmente diferentes según el sistema aglutinante.

Unidades

• Pascal-segundo (Pa·s) — la unidad SI. El agua a 20 °C es 0,001 Pa·s.
• Poise (P) o centipoise (cP) — unidad CGS. 1 cP = 1 mPa·s. El agua a 20 °C es 1 cP, lo que la convierte en el valor de referencia natural. La viscosidad industrial casi siempre se expresa en cP.
• Segundos Saybolt Universal (SUS) — unidad empírica de la industria, común en especificaciones de aceites y lubricantes. Es un tiempo de drenaje, no una propiedad fundamental; la conversión a cP es aproximada y depende de la densidad.

Viscosidades de referencia (cP, a 20 °C salvo indicación)

• Aire: 0,018
• Agua: 1,0 (por convención)
• Leche: 3
• Aceite de oliva: 84
• Aceite de motor (10W-30, frío): 100-200
• Jarabe de arce: 200
• Glicerina: 1 400
• Miel: 10 000
• Kétchup: 50 000-100 000 (adelgazante por cizallamiento — la viscosidad baja al agitarlo)
• Melaza: 100 000
• Mantequilla de maní: ~250 000
• Pez: 230 mil millones (famoso por gotear en el Experimento del goteo de brea, iniciado en 1927; solo han caído ~9 gotas)

Dependencia de la temperatura

La viscosidad cae bruscamente con la temperatura en los líquidos — la miel recién sacada del frigorífico es imposiblemente espesa; la miel calentada se vierte como jarabe. Por eso el aceite de motor tiene clasificaciones “multigrado” (5W-30, 10W-40, etc.): el número W (invierno) se refiere a la viscosidad a baja temperatura, el segundo número a la temperatura de operación. Un 5W-30 permanece fluido en el arranque en frío (clasificación W baja = menor viscosidad en frío) y mantiene el espesor de la película protectora a temperatura de operación (30 = viscosidad en caliente apropiada).

La viscosidad de los gases, contraintuitivamente, aumenta con la temperatura — lo contrario que los líquidos. El mecanismo es diferente: en un líquido, la viscosidad proviene de las fuerzas intermoleculares que se debilitan cuando las moléculas se mueven más rápido; en un gas, la viscosidad proviene de la transferencia de momento entre capas, que aumenta con la velocidad molecular.

Fluidos newtonianos frente a no newtonianos

La mayoría de los líquidos simples (agua, aceite, miel) son newtonianos: la viscosidad es constante independientemente de la velocidad a la que se agiten. Muchos fluidos del mundo real no lo son. El kétchup es adelgazante por cizallamiento: la viscosidad cae bajo cizallamiento (por eso agitar la botella ayuda). La suspensión de almidón de maíz (“oobleck”) es espesante por cizallamiento: golpéala y actúa como sólido, siéntate en ella y te hundes. La sangre, la pintura, el magma y la mayoría de las lechadas industriales son no newtonianos en cierta medida.

Ejemplo práctico

Calcula la caída de presión a lo largo de 10 metros de tubería horizontal que transporta un fluido viscoso. Usa la ecuación de Hagen-Poiseuille para flujo laminar: ΔP = (8 · μ · L · Q) / (π · r⁴), donde μ es la viscosidad dinámica, L = longitud de la tubería, Q = caudal volumétrico, r = radio de la tubería. Para agua (μ = 0,001 Pa·s), radio de 1 cm, longitud de 10 m, caudal de 1 L/min (1,67×10⁻⁵ m³/s): ΔP = (8 × 0,001 × 10 × 1,67e−5) / (π × (0,01)⁴) ≈ 42,5 Pa — despreciable. Cambia a aceite de motor a 0,2 Pa·s (200 veces más viscoso) con el mismo caudal y la caída de presión se convierte en 8 500 Pa, requiriendo una bomba que el agua no necesitaba. Cambia a miel a 10 Pa·s y necesitas 425 kPa (4,2 bar) — punto en el que rediseñas el sistema con una tubería más ancha, porque la dependencia de la cuarta potencia del radio significa que duplicar r reduce ΔP 16 veces.

Cuándo y por qué importa

La viscosidad determina el dimensionado de equipos en el procesamiento químico, la calibración de inyectores de combustible en motores, la selección del grado de aceite en climas fríos (un 5W-30 permanece fluido a −30 °C; un 20W-50 se vuelve melaza y destroza la bomba de aceite al arrancar), la imprimibilidad de tintas y filamentos de impresoras 3D, la pintabilidad de revestimientos (demasiado baja = goteos, demasiado alta = marcas de pincel) e incluso la ingeniería de la “sensación en boca” de las bebidas (la diferencia entre la leche entera y la desnatada en la lengua es en gran medida viscosidad, no sabor). En medicina: la viscosidad de la sangre se monitorea en hematología porque la sangre de alta viscosidad (policitemia, síndromes de hiperviscosidad) aumenta el riesgo de ictus por reducción de la microcirculación. Referencia: ISO 3104 — Productos petrolíferos: Determinación de la viscosidad cinemática.