Viscosidade
A densidade e o peso específico são medidas do "peso" de um fluido e não são suficientes para descrever totalmente seu comportamento.
Água e óleo possuem aproximadamente a mesma densidade mas apresentam comportamento distinto com relação ao escoamento.
Intuitivamente, fluidos "grudam" nas superfícies sólidas que os contem, mesmo quando estão em movimento.
Esta característica "pegajosa" dos fluídos é denominada de viscosidade e é uma medida do "atrito" do fluido.
A água tem menos resistência para fluir do que os óleos ou mel.
Todos os fluidos reais, exceto os superfluidos, possuem viscosidade mas o fluido ideal, que não possui viscosidade, é chamado de invíscido.
A figura abaixo mostra o experimento ideal para quantificar esta propriedade.
Supondo um fluido entre duas placas paralelas, uma parada e outra se deslocando linearmente com velocidade constante V, a velocidade do fluido apresentará um perfil de variação linear.
Como o fluido "gruda" nas superfície sólidas, a velocidade do fluido em contato com as placas será igual à velocidade da placa.
Para um grande número de fluidos, a variação da velocidade entre as placas é linear e pode ser escrita da seguinte maneira:
Onde:
- μ é a viscosidade absoluta, viscosidade dinâmica ou apenas viscosidade [N.s/m2];
- τ é a tensão de cisalhamento;
- v é a velocidade
Portanto, a viscosidade dinâmica é a propriedade do fluido que associa a tensão de cisalhamento com o movimento do fluido.
Quando a viscosidade independe da tensão de cisalhamento, o fluido é chamado de Newtoniano.
Fluidos não Newtonianos possuem uma viscosidade que depende da tensão de cisalhamento.
No entanto, mesmo em fluidos Newtonianos, a viscosidade não é uma constante; ela depende da temperatura.
De uma maneira geral, a viscosidade dos líquidos diminui com o aumento da temperatura e a dos gases aumenta.
Para os gases, a variação da viscosidade com a temperatura pode ser aproximada pela equação de Sutherland:
e para os líquidos, pode ser aproximada pela equação de Andrade:
Onde:
- μ é a viscosidade absoluta, viscosidade dinâmica ou apenas viscosidade [N.s/m2] ou [Pa/s];
- T é a temperatura [K];
- C, S, D e B são constantes.
Outra definição de viscosidade é dada expressão abaixo:
Onde:
- ν é a viscosidade cinemática [m2/s]
- μ é a viscosidade absoluta, viscosidade dinâmica ou apenas viscosidade [N.s/m2];
- ρ é a densidade[kg/m3]