Porque sucede el fluido no newtoniano

Fluido newtoniano

Si usted está en este sitio, probablemente tenga una idea general sobre lo que es la viscosidad y lo importante que es en el desarrollo de cualquier aplicación que implique el flujo de fluidos. Sin embargo, la caracterización de los fluidos es mucho más profunda y compleja de lo que se suele esperar. Cada material único tiene su propio comportamiento cuando se somete a flujo, deformación o tensión.

Los fluidos newtonianos deben su nombre a Sir Issac Newton (1642 – 1726), quien describió el comportamiento del flujo de los fluidos con una simple relación lineal entre la tensión de corte [mPa] y la velocidad de corte [1/s]. Esta relación se conoce ahora como la Ley de Viscosidad de Newton, donde la constante de proporcionalidad η es la viscosidad [mPa-s] del fluido:

Algunos ejemplos de fluidos newtonianos son el agua, los disolventes orgánicos y la miel. Para esos fluidos la viscosidad sólo depende de la temperatura. Como resultado, si observamos un gráfico de la tensión de cizallamiento frente a la velocidad de cizallamiento (véase la figura 1) podemos ver un aumento lineal de la tensión con el aumento de la velocidad de cizallamiento, donde la pendiente viene dada por la viscosidad del fluido. Esto significa que la viscosidad de los fluidos newtonianos permanecerá constante (véase la figura 2) independientemente de la velocidad a la que se les obligue a fluir por una tubería o un canal (es decir, la viscosidad es independiente de la velocidad de cizallamiento).

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Fluido perfecto

Todo el personal de planta y de procesamiento entiende que mantener la integridad del producto es fundamental. En el procesado de alimentos, la manipulación puede cambiar la textura, el sabor y el aspecto del producto, y en el procesado de productos farmacéuticos, mantener la delicada estructura celular es vital. El comportamiento de los alimentos, las bebidas y los productos farmacéuticos en las condiciones de procesamiento es un factor clave a tener en cuenta.

En este artículo -escrito para el personal de la planta, los ingenieros, los especialistas en calidad, los departamentos de I+D y otros expertos en procesamiento- nos centramos en los productos que responden de forma diferente a las fuerzas que entran en juego durante el procesamiento. Estas fuerzas incluyen la presión y la velocidad del sistema y la fricción que se produce en las superficies de las tuberías. Por ejemplo, las bombas crean presión para mover los fluidos a través de los sistemas, y esa presión actúa como una fuerza sobre los fluidos.

El cizallamiento es el movimiento relativo entre capas adyacentes de un fluido en movimiento. Algunos de los ejemplos más sencillos son el untado de mantequilla en el pan o la aplicación de crema solar. En cada caso, un nivel del líquido (la mantequilla en el cuchillo) se mueve en relación con la capa adyacente (la mantequilla en el pan).

Receta de fluido no newtoniano

¿Por qué es tan difícil salir de las arenas movedizas? ¿Es un sólido? ¿Es un líquido? ¿Puede ser ambas cosas? En esta actividad, crearás una sustancia similar a las arenas movedizas, pero mucho más divertida. Juega con ella y descubre cómo se comporta de forma diferente a un líquido y un sólido normales.

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Otras sustancias más conocidas cambian de estado (de sólido a líquido y a gas) cuando cambiamos la temperatura, como cuando el agua se congela y se convierte en hielo o cuando hierve y se convierte en vapor. Pero esta sencilla mezcla muestra cómo los cambios de presión, en lugar de la temperatura, pueden modificar las propiedades de algunos materiales.

Aplicar presión a la mezcla aumenta su viscosidad (espesor). Un golpe rápido en la superficie del Oobleck hará que se sienta duro, porque obliga a las partículas de almidón de maíz a unirse. Pero sumerge tu mano lentamente en la mezcla y verás lo que ocurre: tus dedos se deslizan con la misma facilidad que a través del agua. Al moverse lentamente, las partículas de maicena tienen tiempo de apartarse.

El Oobleck y otras sustancias que dependen de la presión (como el Silly Putty y las arenas movedizas) no son líquidos como el agua o el aceite. Se conocen como fluidos no newtonianos. El divertido nombre de esta sustancia proviene de un libro del Dr. Seuss titulado Bartholomew y el Oobleck.

Ejemplos de fluidos no newtonianos

Un fluido no newtoniano es un fluido que no sigue la ley de viscosidad de Newton, es decir, una viscosidad constante e independiente de la tensión. En los fluidos no newtonianos, la viscosidad puede cambiar cuando se somete a una fuerza, pasando a ser más líquida o más sólida. El ketchup, por ejemplo, se vuelve más líquido cuando se agita y, por tanto, es un fluido no newtoniano. Muchas soluciones salinas y polímeros fundidos son fluidos no newtonianos, al igual que muchas sustancias comunes como las natillas,[1] la pasta de dientes, las suspensiones de almidón, el almidón de maíz, la pintura, la sangre, la mantequilla derretida y el champú.

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Lo más habitual es que la viscosidad (la deformación gradual por esfuerzos de cizallamiento o tracción) de los fluidos no newtonianos dependa de la velocidad de cizallamiento o de la historia de la velocidad de cizallamiento. Sin embargo, algunos fluidos no newtonianos con viscosidad independiente del cizallamiento siguen presentando diferencias de tensión normal u otros comportamientos no newtonianos. En un fluido newtoniano, la relación entre el esfuerzo de cizallamiento y la velocidad de cizallamiento es lineal, pasando por el origen, siendo la constante de proporcionalidad el coeficiente de viscosidad. En un fluido no newtoniano, la relación entre el esfuerzo de cizallamiento y la velocidad de cizallamiento es diferente. El fluido puede incluso presentar una viscosidad dependiente del tiempo. Por lo tanto, no se puede definir un coeficiente de viscosidad constante.

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