Viscosidade dinâmica, absoluta e cinemática

Visão Geral

A viscosidade quantifica a resistência interna de um fluido ao escoamento. Quando camadas adjacentes do fluido se movem com velocidades diferentes, o atrito intermolecular gera tensão de cisalhamento. Duas medidas relacionadas capturam esse comportamento:

• Viscosidade dinâmica (absoluta) ($\mu$) — a força tangencial por unidade de área necessária para mover um plano horizontal em relação a outro com velocidade unitária, mantendo a separação unitária.
• Viscosidade cinemática ($\nu$) — a razão entre a viscosidade dinâmica e a densidade do fluido, expressa sem unidades de força.

Ambas as grandezas dependem fortemente da temperatura; qualquer valor de viscosidade é sem sentido sem uma temperatura de referência.

Fórmulas Principais

Lei de Newton do Atrito

Para um fluido newtoniano em fluxo laminar, a tensão de cisalhamento entre as camadas do fluido é proporcional ao gradiente de velocidade:

$\tau = \mu \frac{du}{dy}$

onde $\tau$ é a tensão de cisalhamento (Pa), $du/dy$ é o gradiente de velocidade perpendicular ao fluxo (1/s), e $\mu$ é a viscosidade dinâmica (Pa·s).

Reorganizando, obtém-se a definição de viscosidade dinâmica:

$\mu = \frac{\tau}{du/dy}$

Viscosidade Cinemática

A viscosidade cinemática é obtida dividindo-se a viscosidade dinâmica pela densidade massica:

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

Outras Unidades de Viscosidade

A viscosidade dinâmica é comumente expressa em Pa s, N s/m², poise, centipoise, lbm/(ft s), ou lbf s/ft². A viscosidade cinemática é comumente expressa em m²/s, Stokes, centiStokes, ft²/s, in²/s, ou Saybolt Universal Seconds para produtos de petróleo.

Fluídos Newtonianos

Fluídos newtonianos têm viscosidade constante a uma dada temperatura e pressão. A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional ao gradiente de velocidade.

Fluídos Pseudoplásticos ou de Adelgaçamento por Cisalhamento

Fluídos pseudoplásticos diminuem de viscosidade aparente à medida que a taxa de cisalhamento aumenta.

Fluídos Tixotrópicos

Fluídos tixotrópicos diminuem de viscosidade ao longo do tempo quando submetidos a cisalhamento e recuperam parcial ou totalmente quando deixados em repouso.

Fluídos Dilatantes

Fluídos dilatantes ou de espessamento por cisalhamento aumentam de viscosidade aparente à medida que a taxa de cisalhamento aumenta.

Fluídos Plásticos de Bingham

Fluídos de plástico de Bingham resistem ao fluxo até que uma tensão de escoamento seja superada, então fluem aproximadamente como um fluido viscoso.

Medição de Viscosidade

A viscosidade dinâmica é comumente medida com viscosímetros rotacionais, viscosímetros de queda de bola e métodos capilares. A viscosidade cinemática é frequentemente medida com viscosímetros capilares calibrados ou de efluxo, como instrumentos Saybolt.

Conversão Imperial

Ao converter de centipoise e peso específico (lb/ft³) para viscosidade cinemática em ft²/s:

$\nu = 6.7197 \times 10^{-4} \frac{\mu}{\gamma}$

Variáveis

Calculadora Rápida

Valores padrão aproximam a água a 20 °C — ajuste as entradas para outros fluidos.

Exemplo - Ar, Converter entre Viscosidade Cinemática e Absoluta

O exemplo de origem para o ar é preservado explicitamente aqui. Para o ar com viscosidade absoluta aproximadamente 1.983e-5 Pa s e densidade aproximadamente 1.205 kg/m3, a viscosidade cinemática é:

$\nu = \frac{\mu}{\rho} = \frac{1.983 \times 10^{-5}}{1.205} = 1.65 \times 10^{-5}\ \text{m}^2/\text{s}$

Isso é aproximadamente 16.5 cSt porque 1 m2/s = 1,000,000 cSt.

Conversões de Unidades

Viscosidade Dinâmica

Referência: A água a 20.2 °C (68.4 °F) tem uma viscosidade dinâmica de 1 cP.

Viscosidade Cinemática

Referência: A água a 20 °C tem uma viscosidade cinemática de aproximadamente 1.0 cSt.

Viscosidade de Líquidos Comuns

Viscosidade Cinemática vs. Segundos Saybolt

Viscosidade Cinemática vs. Temperatura

A fonte original inclui uma imagem de gráfico para viscosidade cinemática em função da temperatura. O gráfico interativo abaixo preserva leituras de curvas representativas para fluidos e gases comuns para que as tendências possam ser inspecionadas numericamente; use dados do fabricante para interpolação crítica de design.

Tipos de Comportamento de Fluidos

Nem todos os fluidos seguem a lei linear de tensão–taxa de deformação de Newton. Várias categorias descrevem comportamento não-newtoniano:

Tabelas Restauradas da Fonte Original

As seguintes tabelas são restauradas da página da fonte original para preservar os dados de referência completos.

Líquidos - Viscosidades Absolutas

Líquidos Comuns - Viscosidades

Imagens de Fonte Originais

As seguintes imagens de fonte originais são preservadas para evitar a perda de material de referência visual. Quando uma imagem contém dados em gráfico ou tabela, seus valores extraídos são representados nas tabelas, calculadoras ou gráficos interativos da página; as imagens restantes são mantidas como referências visuais de fonte.

Notas de Engenharia

• A temperatura é crítica. Para líquidos, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Para gases, a viscosidade aumenta com a temperatura. Sempre informe ou consulte a viscosidade em uma temperatura especificada.
• Temperaturas de referência na ISO 8217: Combustíveis residuais são caracterizados a 100 °C; combustíveis destilados a 40 °C.
• Selecionando o tipo correto de viscosidade. Use viscosidade dinâmica ao calcular forças de cisalhamento, quedas de pressão ou arrasto. Use viscosidade cinemática para fluxo em canais abertos, especificações de lubrificação e classificação de combustíveis.
• Consistência de unidades. Misturar unidades de viscosidade do SI e imperiais é uma fonte comum de erros. Ao usar a fórmula de viscosidade cinemática $\nu = \mu / \rho$, certifique-se de que ambos $\mu$ e $\rho$ usem sistemas de unidades consistentes.
• Viscosidade do vidro. A viscosidade extremamente alta listada para o vidro reflete um comportamento amorfo quase sólido à temperatura ambiente; vidro fundido em temperaturas de processamento (1000–1400 °C) tem viscosidades muitas ordens de magnitude menores.
• Métodos de medição. A viscosidade dinâmica é comumente medida com viscosímetros rotacionais (Brookfield, cone-e-placa). A viscosidade cinemática é medida com viscosímetros capilares (Ubbelohde, Cannon-Fenske) ou de efluxo (Saybolt, Redwood).

Referências

• Engineering Toolbox — Viscosidade Dinâmica, Absoluta e Cinemática