UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS

ARMADAS ESPE

JAIME BUENAVENTURA

22 de junio de 2014

FLUIDOS NO NEWTONIANOS

El estado de la deformacin y las caractersticas de flujo de las sustancias se denomina reologa

(campo que estudia la viscosidad de los fluidos). Es importante saber si un fluido es newtoniano o

no newtoniano. A cualquier fluido que se comporte de acuerdo a la siguiente ecuacin se le llama

fluido newtoniano:

La viscosidad n slo es funcin de la condicin del fluido, en particular de su temperatura. La

magnitud del gradiente de velocidad

no tiene ningn efecto sobre la magnitud n. A los fluidos

ms comunes se les clasifica como newtonianos.

Por lo tanto un fluido que no se comporte de acuerdo a la ecuacin anterior se le denomina fluido

no newtoniano. La viscosidad del fluido no newtoniano depende del gradiente de velocidad,

adems de la condicin del fluido. Este tipo de fluidos se comportan como fluidos newtonianos

cuando la tensin o fuerza aplicada es pequea. Sin embargo sobre ellos si se les aplica una

tensin intensa en un corto espacio de tiempo, el material se estresa, aumentando su viscosidad

proporcionalmente a dicha solicitud.

De acuerdo al modelo anterior, en las regiones en que n disminuye al aumentar el gradiente el

comportamiento se denomina pseudoplstico; y dilatante en las que n aumenta con dicho

gradiente. Como se puede observar es ms difcil provocar una deformacin en un dilatante que

en un pseudoplstico, por lo tanto, en los pseudoplsticos se ocupa poco esfuerzo cortante para

tener mayor deformacin. Si n resulta independiente del gradiente de velocidad, el fluido se

comportan como newtoniano y entonces n= . (Ms adelante se ver esta relacin de forma ms

clara).

Debido a que los fluidos newtonianos tienen una relacin lineal entre el esfuerzo cortante y el

gradiente de velocidad, la pendiente es constante y, por tanto, la viscosidad es constante tambin.

La pendiente de las curvas para los fluidos no newtonianos vara. Por lo tanto la viscosidad cambia

con el gradiente de velocidad

Aunque por el comportamiento tambin podemos encontrarlo as:

Adems es importante clasificar los fluidos no newtonianos en independientes del tiempo o

dependientes del tiempo. Como su nombre lo dice, los fluidos independientes tienen una

viscosidad que no vara con el tiempo, a cualquier esfuerzo cortante dado. Sin embargo, la

viscosidad de los fluidos dependientes del tiempo cambia si vara ste.

El modelo del comportamiento de los fluidos dependientes del tiempo es:

Los que no dependen del tiempo:

Pseudoplsticos. La curva de dicho fluido comienza con mucha pendiente, lo cual indica una

viscosidad aparente elevada. Despus, la pendiente disminuye con el incremento del gradiente de

velocidad. Ejemplos de estos fluidos son el plasma sanguneo, polietileno fundido, ltex, almibares,

adhesivos, melaza y tintas, arcilla leche y gelatina.

Fluidos dilatantes. La grfica del esfuerzo cortante versus el gradiente de velocidad queda por

debajo de la lnea recta para fluidos newtonianos. La curva comienza con poca pendiente, lo que

indica viscosidad aparente baja. Despus, la pendiente se incrementa conforme crece el gradiente

de velocidad. Algunos ejemplos son el etilenglicol, almidn en agua, el almidn de maz.

Fluidos de Bingham. En ocasiones reciben el nombre de fluidos de insercin y requieren la

aplicacin de un nivel significativo de esfuerzo cortante antes de que comience el flujo. Una vez

que el flujo se inicia, la pendiente de la curva es lineal, en esencia, lo que indica una viscosidad

aparente constante. Algunos ejemplos son el chocolate, salsa ctsup, mostaza, mayonesa, pasta

de dientes, pintura, asfalto, ciertas grasas y suspensiones de agua y ceniza o fango del drenaje.

Los fluidos que dependen del tiempo son muy difciles de analizar porque la viscosidad aparente

varia con el tiempo, as como con el gradiente de velocidad y la temperatura. Ejemplos de fluidos

que dependen del tiempo son ciertos petrleos crudos a temperaturas bajas, tinta para

impresoras, nylon, ciertas gelatinas, mezcla de harina y varias soluciones de polmetros. Dichos

fluidos son tixotrpicos. (La viscosidad aparente decrece con la duracin de esfuerzo aplicado).

Tixotrpicos. Se caracterizan por un cambio de su estructura interna al aplicar un esfuerzo. Esto

produce la rotura de las largas cadenas que forman sus molculas. Dichos fluidos, una vez aplicado

un estado de cizallamiento (esfuerzo cortante), slo pueden recuperar su viscosidad inicial tras un

tiempo de reposo. La viscosidad va disminuyendo al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve a

aumentar al cesar dicha fuerza debido a la reconstruccin de sus estructuras y al retraso que se

produce para adaptarse al cambio.

Reopcticos. La viscosidad aparente se incrementa con la duracin del esfuerzo aplicado. sea

que su viscosidad aumenta con el tiempo y con la velocidad de deformacin aplicada y presentan

una histresis inversa a estos ltimos. Esto es debido a que si se aplica una fuerza se produce una

formacin de enlaces intermoleculares conllevando un aumento de la viscosidad, mientras que si

cesa sta se produce una destruccin de los enlaces, dando lugar a una disminucin de la

viscosidad. Ejemplos de estos son algunos lubricantes.

Otros ms considerados dependientes del tiempo son:

Fluidos electrorreolgicos. Estn en desarrollo fluidos que poseen propiedades nicas,

controlables por medio de la aplicacin de una corriente elctrica. A veces se les conoce como

fluidos ER, y son suspensiones de partculas finas como almidn, polmeros y cermicas, en un

aceite no conductor (como el aceite mineral o de silicn). Si no se les aplica corriente se comporta

como otros lquidos. Pero si se les aplica, se convierte en un gel y se comporta ms bien como un

slido. El cambio ocurre en menos de 1/100 s. Algunas aplicaciones potenciales de estos fluidos las

encontramos en la sustitucin de vlvulas convencionales, en embragues, en sistemas de

suspensin para vehculos y maquinas y en actuadores automticos.

Fluidos magnetorreologicos. (MR) son similares a los anteriores, y contienen partculas

suspendidas en una base de fluido. Sin embargo, en este caso, las partculas son polvos finos de

fierro. El fluido base puede ser un aceite de petrleo, de silicn o agua. Cuando no hay un campo

magntico presente, el fluido MR se comporta en forma muy parecido a otros.la presencia de un

campo magntico hace que el fluido se convierta, virtualmente, en un slido tal que soporte un

esfuerzo cortante de hasta 100 kPa. El cambio se controla por medios electrnicos con mucha

rapidez. Sus aplicaciones se encuentran en los amortiguadores de choques, embragues, frenos,

etc.

Comportamiento del fluido no newtoniano en el espacio

Astronauta Don Pettit nos trae un nuevo experimento desde la Estacin Espacial Internacional

(ISS).

Escuchar el trmino de fluido no newtoniano nos puede traer a colacin imgenes de sustancias

futuristas, sin embargo, estos son ms comunes de lo que pensamos, como es el caso de

la maicena que puede ser encontrada en todos los supermercados.

Estas sustancias se caracterizan por cambiar su viscosidad dependiendo de la temperatura y la

tensin cortante aplicada. Siguiendo con el ejemplo de la maicena, cuando esta es combinada con

agua en las cantidades indicadas, la sustancia muestra facultades de slido al ser presionada con

una cuchara y de lquido cuando est en reposo.

En este experimento, Pettit coloc una pequea cantidad de maicena en un parlante. Si bien al

principio la sustancia se comporta de manera similar al agua, cuando el astronauta toca la

superficie de la misma, el fluido cambia de comportamiento, teniendo la apariencia similar a una

ameba o al robot lquidoT-1000 de la pelcula Terminator 2: Judgment Day.

A medida que se aumenta la frecuencia de las vibraciones, los movimientos se vuelven ms

errticos y algunas gotas de la maicena logran escapar del parlante.

Nos damos cuenta que cuando el bajo del parlante esta encendido y se aumenta drsticamente la

frecuencia pero con menor fuerza del bajo del parlante el uido no se precipito inmediatamente

hacia arriba sino que opto por un comportamiento oscilante, rompiendo la tensin supercial del

mismo, esto sugiere que a movimiento amplios el lquido se comporta como si tuviera peso, muy

diferente a cuando la frecuencia fue alta, donde se comporta el fluido de una manera neutral.

A una baja frecuencia pero con mayor fuerza del bajo del parlante el uido empieza a precipitarse

hacia arriba por lo que podemos concluir experimentalmente que la falta de gravedad hace que la

densidad del uido no sea apreciable.

Conclusiones

Un fluido no newtoniano es aqul cuya viscosidad (resistencia a fluir) vara con el

gradiente de tensin que se le aplica, es decir, se deforma en la direccin 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.

Debido a la capacidad de estos materiales para absorber la energa del impacto, es posible la aplicacin en equipos de proteccin y seguridad.

Referencias

Bird , Fenmenos de transporte, Editorial Reverte

Robert Moore, Mecnica de fluidos, 6ta edicin, Pearson Prentice Hall.

http://www.slideshare.net/JulioNP/fluidos-no-newtonianos-9406990

http://peru21.pe/2012/05/29/reportuit/como-se-comportan-fluidos-no-newtonianos-espacio-

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