Definición
La viscosidad es una propiedad de los fluidos que describe la resistencia interna de un fluido al flujo o a la deformación y es una de las propiedades de los fluidos más importantes a tener en cuenta a la hora de diseñar una mezcladora. Hay dos medidas comunes de viscosidad, la viscosidad dinámica (µ) y la viscosidad cinemática (ν). A continuación se muestra la relación entre la viscosidad dinámica y la viscosidad cinemática:
 |
ν – Viscosidad cinemática (cSt) µ – Viscosidad dinámica (cP) ρ – Densidad (g/cm3) |
La viscosidad dinámica es la más relevante para las aplicaciones de mezclado, ya que describe la resistencia del fluido a fluir bajo tensión de cizallamiento, mientras que la viscosidad cinemática describe la resistencia a fluir bajo gravedad.
Fluidos newtonianos
En los fluidos newtonianos, la viscosidad dinámica se describe como la relación entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad en un fluido. La viscosidad se mantiene constante al variar la tensión de cizallamiento y a lo largo del tiempo. La relación se ilustra en la siguiente ecuación:
 |
τ – Tensión de cizallamiento µ – Viscosidad dinámica du/dy – Gradiente de velocidad |
La mayoría de los fluidos pueden modelarse como fluidos newtonianos y este es el tipo de fluido que encontramos en la mayoría de las aplicaciones de mezcla.
Viscosímetro de bola descendente
Los viscosímetros de tipo esfera descendente están formados por una pequeña esfera y un tubo de vidrio fijo lleno del fluido a ensayar. Se deja pasar la esfera por el fluido y se mide el tiempo que tarda en pasar entre dos puntos. Utilizando la ley de Stokes, se puede calcular la viscosidad dinámica a partir de la densidad del fluido y de la esfera.
Copas de viscosidad
Las copas de viscosidad son un tipo de dispositivo de medición de la viscosidad que consiste en una copa con una abertura de tamaño preciso en la base. Se llena el vaso con el líquido a medir y se toma el tiempo que tarda el líquido en fluir desde el vaso a través de la abertura. A partir de este valor de tiempo, se puede calcular la viscosidad cinemática mediante fórmulas de conversión o tablas proporcionadas por el fabricante.
Las copas de viscosidad se utilizan habitualmente en las industrias de pinturas y revestimientos.
 |
 |
Viscosímetro rotacional
Un tipo de reómetro más sofisticado es el viscosímetro de eje rotatorio. Estos instrumentos funcionan según el principio de Searle, según el cual el par necesario para hacer girar un husillo en cada fluido a una determinada velocidad es proporcional a la viscosidad del mismo.
Por lo general, se puede variar la velocidad del husillo giratorio, con lo que varía el esfuerzo de cizallamiento experimentado por el fluido. Esto permite el uso de viscosímetros rotacionales para medir el perfil de viscosidad de fluidos no newtonianos que presentan diferentes viscosidades a diferentes niveles de tensión de cizallamiento.
Efecto de la mezcla
La viscosidad de un fluido es una de las consideraciones más importantes a la hora de diseñar una mezcladora para una aplicación determinada.
Cuanto mayor sea la viscosidad del fluido, mayor será la energía necesaria para mezclarlo, lo que implica turbinas más grandes y motores más potentes para hacerlas girar. En el caso de materiales muy viscosos, puede ser necesario utilizar un tipo de turbina con poca holgura, como una turbina de tipo puerta o espiral, para lograr una mezcla adecuada en todo el volumen del tanque.
Mezcla laminar y turbulenta
La mezcla de baja viscosidad casi siempre tiene lugar en condiciones turbulentas.
Esto significa que la mezcla está controlada por las fuerzas de inercia más que por la difusión molecular, y que la mezcla se consigue gracias a los numerosos vórtices y remolinos creados por la turbina mezcladora.
Las turbinas, como los hidroplanos y las turbinas de paletas inclinadas, se utilizan para la mezcla de baja viscosidad, ya que proporcionan altas capacidades de bombeo y crean una gran turbulencia en el recipiente de mezcla.
Por otra parte, la mezcla de alta viscosidad tiene lugar principalmente en el régimen de flujo laminar, donde dominan las fuerzas viscosas, atenuando cualquier turbulencia, y donde la difusión molecular es la principal fuente de mezcla. Para facilitar la difusión molecular, el objetivo de la mezcla en el régimen laminar es "cortar y doblar" el fluido para que el área interfacial entre los diferentes fluidos sea mayor para que se produzca la difusión.
En este caso, se utilizan impulsores con alas o tornillos porque la gran superficie expuesta al fluido ayuda a aumentar la acción de "corte y flexión" en todo el volumen del tanque.
El siguiente gráfico muestra los rangos de viscosidad adecuados para los diferentes tipos de ruedas estándar.
Gama de tipos de impulsores y sus viscosidades de funcionamiento adecuadas
Mezcla no newtoniana
Conseguir una mezcla adecuada en fluidos no newtonianos puede ser difícil. Si tiene una aplicación de mezcla no newtoniana y necesita ayuda para seleccionar un agitador adecuado, póngase en contacto con nosotros y uno de nuestros ingenieros de aplicaciones estará encantado de ayudarle.
Mezcladores estáticos
El efecto de la viscosidad en el mezclado en un mezclador estático en línea es similar al de los mezcladores de tanque agitado. Para las aplicaciones de baja viscosidad, la mezcla está dominada por vórtices turbulentos, mientras que las aplicaciones de alta viscosidad siguen dominadas por la difusión molecular y se basan en el mismo método de mezcla de "copa" que los mezcladores de tanque agitado descritos anteriormente.
Se utilizan diferentes tipos de elementos de mezcla para fluidos de baja y alta viscosidad y, por lo general, siguen los mismos principios que las ruedas de tanques agitados. Cuanto mayor sea la viscosidad, más grandes y complejos serán los elementos de mezcla colocados en la tubería para garantizar una mezcla homogénea en todo el diámetro de la misma, lo que aumenta la caída de presión en la mezcladora. Esto aumenta la necesidad de potencia de la bomba, por lo que, al igual que en los mezcladores de tanque agitado, se requiere más potencia para mezclar fluidos de alta viscosidad.
