Fluido no-newtoniano
Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación dv/dy.
Aunque 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 newtonianos. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
Clasificacion de fluidos
Todos los líquidos se pueden clasificar como newtonianos o no-Newtonianos. Si la relación es lineal y el líquido tiene tensión cero a cero gradiente de velocidad, entonces es neutoniano. Sino cumple con esto es no-Newtoniano, teniendo distintas clasificaciones y subdivisiones basadas en la curva tensión de corte y su gradiente de la velocidad.
Para los líquidos no-Newtonianos, el gradiente de velocidad depende de la viscosidad; es decir, el líquido tiene una más alta o más bajo tensión dependiendo de su velocidad. De acuerdo a esto, se puede dar la siguiente subclasificacion.
NEWTONIANO
AguaLa mayoría de las soluciones de sal en aguaSuspensiones ligeras de tinteCaolín (mezcla de arcilla)Combustibles de gran viscosidadGasolinaKeroseneLa mayoría de los aceites del motorLa mayoría de los aceites mineral
NO-NEWTONIANO
PRODUCCIÓN SEUDOPLÁSTICA, BINGHAMPLÁSTICO, PRODUCCIÓN DILATANTE
ArcillaBArroAlquitránLodo de aguas residualesAguas residuales digeridasAltas concentraciones de incombustible en aceiteSoluciones termoplásticas del polímero
SEUDOPLÁSTICO
Lodo de aguas residualesCelulosaGrasaJabónPinturaTinta de la impresoraAlmidónSoluciones del látexLa mayoría de las emulsiones
DILATANTE
FeldespatoMicaArcillaArena de la playaArena movedizaAlmidón en agua
THIXOTROPIC - RHEOPECTIC
TintasLa mayoría de las pinturasCelulosa carboxymethylGel de siliconaGrasasAsfaltoAlmidónBentonitaSoluciones del yeso en agua
Clasificacion de fluidos
Todos los líquidos se pueden clasificar como newtonianos o no-Newtonianos. Si la relación es lineal y el líquido tiene tensión cero a cero gradiente de velocidad, entonces es neutoniano. Sino cumple con esto es no-Newtoniano, teniendo distintas clasificaciones y subdivisiones basadas en la curva tensión de corte y su gradiente de la velocidad.
Para los líquidos no-Newtonianos, el gradiente de velocidad depende de la viscosidad; es decir, el líquido tiene una más alta o más bajo tensión dependiendo de su velocidad. De acuerdo a esto, se puede dar la siguiente subclasificacion.
NEWTONIANO
AguaLa mayoría de las soluciones de sal en aguaSuspensiones ligeras de tinteCaolín (mezcla de arcilla)Combustibles de gran viscosidadGasolinaKeroseneLa mayoría de los aceites del motorLa mayoría de los aceites mineral
NO-NEWTONIANO
PRODUCCIÓN SEUDOPLÁSTICA, BINGHAMPLÁSTICO, PRODUCCIÓN DILATANTE
ArcillaBArroAlquitránLodo de aguas residualesAguas residuales digeridasAltas concentraciones de incombustible en aceiteSoluciones termoplásticas del polímero
SEUDOPLÁSTICO
Lodo de aguas residualesCelulosaGrasaJabónPinturaTinta de la impresoraAlmidónSoluciones del látexLa mayoría de las emulsiones
DILATANTE
FeldespatoMicaArcillaArena de la playaArena movedizaAlmidón en agua
THIXOTROPIC - RHEOPECTIC
TintasLa mayoría de las pinturasCelulosa carboxymethylGel de siliconaGrasasAsfaltoAlmidónBentonitaSoluciones del yeso en agua
Un ejemplo barato y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse fácilmente añadiendo almidón de maíz en una taza de agua. Se añade el almidón en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de este fluido no newtoniano 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 líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como líquido. Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad.
Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura. Se 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.
Dentro de los principales tipos de fluidos no newtonianos se incluyen los siguientes:
Tipo de fluido
Comportamiento
Características
Ejemplos
Plásticos
Plástico perfecto
La aplicación de una deformación no conlleva un esfuerzo de resistencia en sentido contrario
Metales dúctiles una vez superado el límite elástico
Plástico de Bingham
Relación lineal, o no lineal en algunos casos, entre el esfuerzo cortante y el gradiente de deformación una vez se ha superado un determinado valor del esfuerzo cortante
Barro, algunos coloides
Limite seudoplastico
Fluidos que se comportan como seudoplásticos a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Limite dilatante
Fluidos que se comportan como dilatantes a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Fluidos que siguen la Ley de la Potencia
seudoplástico
La viscosidad aparente se reduce con el gradiente del esfuerzo cortante
Algunos coloides, arcilla, leche, gelatina, sangre.
Dilatante
La viscodidad aparente se incrementa con el gradiente del esfuerzo cortante
Soluciones concentradas de azúcar en agua, suspensiones de almidón de maíz o de arroz.
Fluidos Viscoelásticos
Material de Maxwell
Combinación lineal "serie" de efectos elásticos y viscosos
Metales, Materiales compuestos
Fluido Oldroyd-B
Combinación lineal de comportamiento como fludio Newtoniano y como material de Maxwel
Betún, Masa panadera, nailon, Plastilina
Material de Kelvin
Combinación lineal "paralela" de efectos elásticos y viscosos
Plástico
Estos materiales siempre vuelven a un estado de reposo predefinido
Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo
Reopéctico
La viscosidad aparente se incrementa con la duración del esfuerzo aplicado
Algunos lubricantes
Tixotrópico
La viscosidad aparente decrece con la duración de esfuezo aplicado
Algunas variedades de mieles, kétchup, algunas pinturas antigoteo. Fluido newtoniano
Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen, es decir, el punto [0,0]. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano.
Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.
Ecuación constitutiva
Matemáticamente, el rozamiento en un flujo unidimensional de un fluido newtoniano se puede representar por la relación:
Donde:
es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o sobre una superficie sólida en contacto con el mismo, tiene unidades de tensión o presión ([Pa]).
es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano depende sólo de la temperatura, puede medirse en [Pa·s] o [kp·s/cm2].
es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al plano en el que estamos calculando la tensión tangencial, [s−1].
La ecuación constitutiva que relaciona el tensor tensión y el gradiente de velocidad y la presión en un fluido newtoniano es simplemente:
Viscosidad y temperatura A medida que aumenta la temperatura de un fluido líquido, disminuye su viscosidad. Esto quiere decir que la viscosidad es inversamente proporcional al aumento de la temperatura. La ecuación de Arrhenius predice de manera aproximada la viscosidad mediante la ecuación:
Fluidos No Newtonianos
Un fluido newtoniano es una sustancia homogénea que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión, independientemente de la magnitud de ésta. En otras palabras, es una sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Los líquidos son fluidos.
Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad (resistencia a fluir) varía con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.
Este tipo de fluidos se comportan como fluidos newtonianos cuando la tensión o fuerza aplicada es pequeña. Sin embargo sobre ellos se le aplica una tensión intensa en un corto espacio de tiempo, el material se estresa, aumentando su viscosidad proporcionalmente a dicha solicitud.
Otro tipo de fluidos no newtonianos son: algunos tipos de barros como los de arcilla, algunas variedades de mieles, algunos metales (en su estado fundido), algunos plásticos como la plastelina, el cemento o yeso con agua, etc.… Fluidos Newtonianos que son los que tienen un comportamiento normal, como por ejemplo el agua, tiene muy poca viscosidad y esta no varía con ninguna fuerza que le sea aplicada, si le damos un golpe a la superficie del agua en una piscina esta se deforma como es lógico.
Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación dv/dy.
Aunque 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 newtonianos. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
Clasificacion de fluidos
Todos los líquidos se pueden clasificar como newtonianos o no-Newtonianos. Si la relación es lineal y el líquido tiene tensión cero a cero gradiente de velocidad, entonces es neutoniano. Sino cumple con esto es no-Newtoniano, teniendo distintas clasificaciones y subdivisiones basadas en la curva tensión de corte y su gradiente de la velocidad.
Para los líquidos no-Newtonianos, el gradiente de velocidad depende de la viscosidad; es decir, el líquido tiene una más alta o más bajo tensión dependiendo de su velocidad. De acuerdo a esto, se puede dar la siguiente subclasificacion.
NEWTONIANO
AguaLa mayoría de las soluciones de sal en aguaSuspensiones ligeras de tinteCaolín (mezcla de arcilla)Combustibles de gran viscosidadGasolinaKeroseneLa mayoría de los aceites del motorLa mayoría de los aceites mineral
NO-NEWTONIANO
PRODUCCIÓN SEUDOPLÁSTICA, BINGHAMPLÁSTICO, PRODUCCIÓN DILATANTE
ArcillaBArroAlquitránLodo de aguas residualesAguas residuales digeridasAltas concentraciones de incombustible en aceiteSoluciones termoplásticas del polímero
SEUDOPLÁSTICO
Lodo de aguas residualesCelulosaGrasaJabónPinturaTinta de la impresoraAlmidónSoluciones del látexLa mayoría de las emulsiones
DILATANTE
FeldespatoMicaArcillaArena de la playaArena movedizaAlmidón en agua
THIXOTROPIC - RHEOPECTIC
TintasLa mayoría de las pinturasCelulosa carboxymethylGel de siliconaGrasasAsfaltoAlmidónBentonitaSoluciones del yeso en agua
Clasificacion de fluidos
Todos los líquidos se pueden clasificar como newtonianos o no-Newtonianos. Si la relación es lineal y el líquido tiene tensión cero a cero gradiente de velocidad, entonces es neutoniano. Sino cumple con esto es no-Newtoniano, teniendo distintas clasificaciones y subdivisiones basadas en la curva tensión de corte y su gradiente de la velocidad.
Para los líquidos no-Newtonianos, el gradiente de velocidad depende de la viscosidad; es decir, el líquido tiene una más alta o más bajo tensión dependiendo de su velocidad. De acuerdo a esto, se puede dar la siguiente subclasificacion.
NEWTONIANO
AguaLa mayoría de las soluciones de sal en aguaSuspensiones ligeras de tinteCaolín (mezcla de arcilla)Combustibles de gran viscosidadGasolinaKeroseneLa mayoría de los aceites del motorLa mayoría de los aceites mineral
NO-NEWTONIANO
PRODUCCIÓN SEUDOPLÁSTICA, BINGHAMPLÁSTICO, PRODUCCIÓN DILATANTE
ArcillaBArroAlquitránLodo de aguas residualesAguas residuales digeridasAltas concentraciones de incombustible en aceiteSoluciones termoplásticas del polímero
SEUDOPLÁSTICO
Lodo de aguas residualesCelulosaGrasaJabónPinturaTinta de la impresoraAlmidónSoluciones del látexLa mayoría de las emulsiones
DILATANTE
FeldespatoMicaArcillaArena de la playaArena movedizaAlmidón en agua
THIXOTROPIC - RHEOPECTIC
TintasLa mayoría de las pinturasCelulosa carboxymethylGel de siliconaGrasasAsfaltoAlmidónBentonitaSoluciones del yeso en agua
Un ejemplo barato y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse fácilmente añadiendo almidón de maíz en una taza de agua. Se añade el almidón en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de este fluido no newtoniano 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 líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como líquido. Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad.
Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura. Se 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.
Dentro de los principales tipos de fluidos no newtonianos se incluyen los siguientes:
Tipo de fluido
Comportamiento
Características
Ejemplos
Plásticos
Plástico perfecto
La aplicación de una deformación no conlleva un esfuerzo de resistencia en sentido contrario
Metales dúctiles una vez superado el límite elástico
Plástico de Bingham
Relación lineal, o no lineal en algunos casos, entre el esfuerzo cortante y el gradiente de deformación una vez se ha superado un determinado valor del esfuerzo cortante
Barro, algunos coloides
Limite seudoplastico
Fluidos que se comportan como seudoplásticos a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Limite dilatante
Fluidos que se comportan como dilatantes a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Fluidos que siguen la Ley de la Potencia
seudoplástico
La viscosidad aparente se reduce con el gradiente del esfuerzo cortante
Algunos coloides, arcilla, leche, gelatina, sangre.
Dilatante
La viscodidad aparente se incrementa con el gradiente del esfuerzo cortante
Soluciones concentradas de azúcar en agua, suspensiones de almidón de maíz o de arroz.
Fluidos Viscoelásticos
Material de Maxwell
Combinación lineal "serie" de efectos elásticos y viscosos
Metales, Materiales compuestos
Fluido Oldroyd-B
Combinación lineal de comportamiento como fludio Newtoniano y como material de Maxwel
Betún, Masa panadera, nailon, Plastilina
Material de Kelvin
Combinación lineal "paralela" de efectos elásticos y viscosos
Plástico
Estos materiales siempre vuelven a un estado de reposo predefinido
Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo
Reopéctico
La viscosidad aparente se incrementa con la duración del esfuerzo aplicado
Algunos lubricantes
Tixotrópico
La viscosidad aparente decrece con la duración de esfuezo aplicado
Algunas variedades de mieles, kétchup, algunas pinturas antigoteo. Fluido newtoniano
Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen, es decir, el punto [0,0]. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano.
Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.
Ecuación constitutiva
Matemáticamente, el rozamiento en un flujo unidimensional de un fluido newtoniano se puede representar por la relación:
Donde:
es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o sobre una superficie sólida en contacto con el mismo, tiene unidades de tensión o presión ([Pa]).
es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano depende sólo de la temperatura, puede medirse en [Pa·s] o [kp·s/cm2].
es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al plano en el que estamos calculando la tensión tangencial, [s−1].
La ecuación constitutiva que relaciona el tensor tensión y el gradiente de velocidad y la presión en un fluido newtoniano es simplemente:
Viscosidad y temperatura A medida que aumenta la temperatura de un fluido líquido, disminuye su viscosidad. Esto quiere decir que la viscosidad es inversamente proporcional al aumento de la temperatura. La ecuación de Arrhenius predice de manera aproximada la viscosidad mediante la ecuación:
Fluidos No Newtonianos
Un fluido newtoniano es una sustancia homogénea que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión, independientemente de la magnitud de ésta. En otras palabras, es una sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Los líquidos son fluidos.
Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad (resistencia a fluir) varía con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.
Este tipo de fluidos se comportan como fluidos newtonianos cuando la tensión o fuerza aplicada es pequeña. Sin embargo sobre ellos se le aplica una tensión intensa en un corto espacio de tiempo, el material se estresa, aumentando su viscosidad proporcionalmente a dicha solicitud.
Otro tipo de fluidos no newtonianos son: algunos tipos de barros como los de arcilla, algunas variedades de mieles, algunos metales (en su estado fundido), algunos plásticos como la plastelina, el cemento o yeso con agua, etc.… Fluidos Newtonianos que son los que tienen un comportamiento normal, como por ejemplo el agua, tiene muy poca viscosidad y esta no varía con ninguna fuerza que le sea aplicada, si le damos un golpe a la superficie del agua en una piscina esta se deforma como es lógico.
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