Fluido Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo de corte, corte, por tanto, en ausencia de este, no habrá habrá deformación. Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación.
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
“Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad viscosidad vara vara con la temperatura y la tensión cortante que cortante que se le aplica. !omo resultado, un fluido no"ne#toniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido ne#toniano. ne#toniano.$
%unque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para caracterizar un material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mecánico de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no ne#tonianos. &stos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante mediante otras propiedades propiedades reológicas reológicas,, propiedades que tienen que ver con la relació relación n entre el esfuerz esfuerzo o y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
Un ejempl ejemplo o barat barato o y no tó'ico tó'ico de fluido no ne#toniano puede hacerse fácilmente a(adiendo almidón de maz en una una taza taza de agua agua.. )e a(ade el almidón en peque(as proporciones y se revuelve lentamente. !uando la suspensión se acerca a la concentración concentración crtica es cuando cuando las propiedades propiedades de este fluido fluido no ne#toniano ne#toniano se hacen evidentes. La aplicación de una fuerza con la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido que a un lquido. )i se deja en reposo recupera su comportamiento como lquido. )e investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energa del impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo fle'ibles fle'i bles si el impacto se produce a baja velocidad.
Un ejemplo ejemplo familia familiarr de un fluido fluido con el compor comportami tamient ento o contrar contrario io es la pintura pintura.. )e desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le aplica una presión, pero una vez depositada sobre el lienzo se desea que no gotee. *tro es la maicena.
+entro de los principales tipos de fluidos no ne#tonianos se incluyen los siguientes
Tipo de fluido Comportamiento
Características Eemplos La aplicación de una etales d/ctiles una deformación no conlleva un -lástico perfecto vez superado el esfuerzo de resistencia en lmite elástico sentido contrario 1elación lineal, o no lineal en algunos casos, entre el -lástico de esfuerzo cortante y el 0ingham gradiente de deformación una vez se ha superado un -lásticos determinado valor. 2luidos que se comportan 0arro, algunos como seudoplásticos a partir coloides -seudoplástico de un determinado valor del esfuerzo cortante 2luidos que se comportan como dilatantes a partir de un +ilatante determinado valor del esfuerzo cortante La viscosidad aparente se %lgunos coloides, )eudoplástico reduce con el gradiente del arcilla, leche, esfuerzo cortante gelatina, sangre. 2luidos que )oluciones siguen la ley de concentradas de La viscosidad aparente se potencias az/car en agua, +ilatante incrementa con el gradiente suspensiones de del esfuerzo cortante almidón de maz o de arroz. !ombinación lineal en serie aterial de etales, materiales de efectos elásticos y a'#ell compuestos viscosos !ombinación lineal de comportamiento como fluido 2luido *ldroyd"0 ne#toniano y como material 2luidos de a'#ell viscoelásticos 0et/n, masa !ombinación lineal en aterial de panadera, nailon, paralelo de efectos elásticos y 3elvin plastilina viscosos &stos materiales siempre -lástico vuelven a un estado de reposo predefinido 2luidos cuya 1eop4ctico La viscosidad aparente se %lgunos lubricantes viscosidad incrementa con la duración depende del del esfuerzo aplicado
tiempo
5i'otrópico
La viscosidad aparente.
mieles, 64tchup
Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no ne#tonianos. &strictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. -or lo com/n, los fluidos no ne#tonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo.
Un gran n/mero de ecuaciones empricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre τy' y du7dy para fluidos independientes del tiempo. -ueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniera mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en !" # $%&du'd!(n
+onde el e'ponente n se llama ndice de comportamiento del flujo y 6 el ndice de consistencia. &sta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de ne#ton para n 8 9 y 6 8 µ , para un fluido ne#toniano.
Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la relación de deformación :n ; 9< se llaman seudopl)sticos. &s decir con un incremento en la tasa de corte el liquido se adelgaza. !asi todos los fluidos no ne#tonianos entran en este grupo= los ejemplos incluyen soluciones polim4ricas, suspensiones coloidales y pulpa de papel en agua. )i la viscosidad aparente aumenta con el incremento de la relación de deformación :n > 9< el fluido se nombra dilatante= aqu el fluido se engruesa con un aumento en la tasa de corte.
%demás, e'isten los llamados materiales lineales de *in+,am , donde se presenta un desplazamiento finito para un esfuerzo cortante menor que un valor τ9 y para el cual e'iste un comportamiento viscoso ne#toniano cuando el esfuerzo es menor que τ9. -ara este comportamiento la ecuación correspondiente es #
-.
*
du'd!
&l estudio de fluidos no ne#tonianos es a/n más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos ti"otr/picos como tintas de impresor , tiene una viscosidad que depende de la deformación angular inmediatamente anterior de la sustancia y tiende a solidificarce cuando se encuentra en
reposo, estos fluidos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reop0cticos muestran un aumento de n con el tiempo. +espu4s de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. % tales fluidos se les llama 1iscoel)sticos2
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Al modelo de Bingham, que representa aceptablemente bien a las pinturas, barnices y algunos productos alimenticios, corresponde, en el supuesto de fujo dentro de una tubería el desarrollo de un perl de velocidad "normal" en cercanías de las paredes, donde el esuerzo cortante es mayor y un perl completamente plano en cercanía del eje de la tubería donde el esuerzo cortante se encontraría por debajo de un valor crítico.
El modelo pseudoplástico que representa adecuadamente el comportamiento de algunas suspensiones como pulpa de papel, napalm en kerosene, etc. corresponde el desarrollo de un perl de velocidad aplanado en el centro, semejante a la representación de los perles turbulentos. l modelo dilatante que represente el comportamiento de algunas pastas corresponde al desarrollo de un perl de velocidad cónico.
EXPERIENCIA Con esta experiencia podemos observar las características sorprendentes que tienen algunos materiales, en este caso algo tan corriente como una papilla hecha con harina de maíz. Material
que
vas
a
necesitar:
•€Un
vaso
o
•€Una
una
taza cucharilla
•€ Agua •€Harina
de
maíz
¿Qué debes hacer? Primero tenemos que realizar la papilla de harina de maíz, maicena. En un recipiente vamos introduciendo dos o tres cucharadas de la papilla le vamos a!adiendo un poco de agua vamos movi"ndolo.A!ade lentamente un poco de agua, a la vez que remueves con la cuchara. #a papilla no debe de ser mu espesa.
¿Có! se c!"!rta? Al principio costaba mucho mover la papilla, se ponía dura.. Pero si intentas remover m$s deprisa, cuesta mucho m$s, el l íquido se hace m$s viscoso , seg%n c&mo haas preparado la papilla, puede hacerse casi s&lido.
'uelca un poco de la papilla en una mano vemos como se comporta como un líquido pero si intentamos hacer una bola veremos como se pone dura. Pero, en cuanto de(as de moverla, )lue otra vez como cualquier líquido.
Pon ahora la papilla en un plato plano. *i metes la mano en el plato ves que te mo(a se comporta como un líquido. +ueve los dedos observa su comportamiento. bserva que la mano se queda casi pegada al plato. *i la retiras mu deprisa puedes llegar a mover el plato. *i volcamos ahora la papilla sobre una super)icie mu lisa vemos que se )orman charcos. -ntenta (untar los charcos empu(ando con la mano los dedos. *igue moviendo todo con rapidez. Al cabo de un tiempo puedes llegar a cogerlo con las manos. *i sigues movi"ndolo deprisa tendr$s una sustancia casi s&lida, pero en cuanto de(as de mover se te escapa entre los dedos.
Estas son las propiedades de la maicena de las reacciones de la maicena seg%n los es)uerzos que le apliquemos.
#!lución Ha dos clases de )luidos los ne/tonianos los n! ne$t!nian!s, la viscosidad de los ne/tonianos se mantiene constante siempre, los no ne/tonianos que su viscosidad es variable, como hemos explicado anteriormente. 0entro de los no ne/tonianos ha un par de mu interesantes, unos que su viscosidad disminue a medida que aplicamos una )uerza sobre "l1el e(emplo mencionado antes2, el otro tipo son los que su viscosidad aumenta cuando aumentamos la )uerza externa sobre el )luido3 estas curiosidades se llaman respectivamente ti%!tr!"a & re!"éctida'
