Viscosidad de fluidos: fluidos newtonianos y no newtonianos
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Resumen
El texto explica la Ley de Viscosidad de Newton y define la viscosidad como la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. Describe la clasificación de los fluidos en newtonianos y no newtonianos, con sus ejemplos, e incluye tipos específicos como la sangre, los plásticos de Bingham, los fluidos de Casson, los pseudoplásticos y los dilatantes. También recoge conceptos básicos como el flujo laminar, el flujo turbulento y la transferencia de calor.
Puntos clave
- La Ley de Viscosidad de Newton establece que, en flujo laminar, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de deformación.
- Viscosidad = Esfuerzo cortante / Velocidad de deformación cortante.
- Los fluidos newtonianos tienen viscosidad constante, independiente de la velocidad de corte (agua, aceite, gasolina).
- En los fluidos no newtonianos la viscosidad aparente puede variar con la velocidad de corte (pinturas, mayonesa, sangre humana, entre otros).
- Los fluidos pseudoplásticos reducen su viscosidad aparente al aumentar la velocidad de corte, mientras que los dilatantes la aumentan.
- En el flujo turbulento no se cumple la Ley de Viscosidad de Newton, porque aparecen efectos de corte inducidos por los remolinos.
Introducción a la Viscosidad y la Ley de Newton
La Ley de Viscosidad de Newton no predice el esfuerzo cortante en todos los fluidos. Aquellos fluidos que sí obedecen esta ley son denominados fluidos newtonianos.
La Ley de Viscosidad de Newton establece que, para un flujo laminar, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de deformación constante.
Fórmula de la Viscosidad
La viscosidad se define como:
Viscosidad = Esfuerzo cortante / Velocidad de deformación cortante
Clasificación de Fluidos: Newtonianos y No Newtonianos
De esta forma, los fluidos se clasifican en dos categorías principales:
Fluidos Newtonianos
En los fluidos newtonianos, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación es lineal, y la pendiente de esta relación está dada por la viscosidad. Su viscosidad permanece constante independientemente de la velocidad de corte.
Ejemplos de Fluidos Newtonianos:
- Agua
- Aceite
- Gasolina
Fluidos No Newtonianos
En contraste, los fluidos no newtonianos no siguen la Ley de Viscosidad de Newton. En estos fluidos, la pendiente de la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación está dada por la viscosidad aparente, la cual puede variar con la velocidad de corte.
Ejemplos de Fluidos No Newtonianos:
- Pinturas y barnices
- Pegamentos
- Mermeladas y jaleas
- Mayonesa y mantequilla
- Pasta de dientes
- Sangre humana
Tipos Específicos de Fluidos No Newtonianos
La Sangre como Fluido No Newtoniano
La sangre es un fluido complejo que consiste en su mayoría por eritrocitos (glóbulos rojos) y posee una gráfica de comportamiento similar a los fluidos de Casson. Los eritrocitos forman agregados llamados rouleaux a bajas velocidades de corte, lo que afecta su viscosidad.
Plásticos de Bingham y Fluidos de Casson
Estos son fluidos que exhiben una fase que contiene agregados a bajas velocidades de corte. No fluyen hasta que alcanzan un esfuerzo cortante límite.
- Plásticos de Bingham: Una vez que alcanzan el esfuerzo cortante límite, se comportan como fluidos newtonianos.
- Fluidos de Casson: Cuando la velocidad de corte aumenta, la viscosidad aparente disminuye. En algún punto, el fluido se comportará como newtoniano.
Fluidos Pseudoplásticos
En los fluidos pseudoplásticos, su viscosidad aparente también disminuye cuando aumenta la velocidad de corte. Por lo tanto, fluirán más rápido cuando la velocidad de corte es más alta.
Fluidos Dilatantes
Los fluidos dilatantes son aquellos cuya viscosidad aparente aumenta cuando la velocidad de corte se incrementa.
Conceptos Fundamentales en Mecánica de Fluidos
Esfuerzo Cortante
El esfuerzo cortante es una cantidad tensorial que requiere magnitud, dirección y orientación con respecto a un plano para su identificación.
Flujo Laminar
Cuando la velocidad del flujo es baja, su desplazamiento es uniforme y terso, donde las capas de fluido parecen desplazarse unas sobre otras sin remolinos o turbulencias. Este tipo de flujo se llama laminar y obedece la Ley de Viscosidad de Newton.
Flujo Turbulento
Cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente inestable en la que se forman remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se mueven en todas las direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a la dirección normal del flujo. En el flujo turbulento, no se cumple la Ley de Viscosidad de Newton porque aparecen nuevos efectos de corte inducidos por los remolinos.
Transferencia de Calor
La transferencia de calor se lleva a cabo debido a una diferencia de temperatura (fuerza impulsora) entre dos puntos, por la cual el calor fluye de la región de más alta temperatura a la de menor temperatura.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Qué es un fluido newtoniano?
Es un fluido que obedece la Ley de Viscosidad de Newton, es decir, su viscosidad permanece constante independientemente de la velocidad de corte. Ejemplos citados en el texto son el agua, el aceite y la gasolina.
¿Cuál es la diferencia entre un fluido pseudoplástico y uno dilatante?
En los fluidos pseudoplásticos la viscosidad aparente disminuye al aumentar la velocidad de corte, por lo que fluyen más rápido. En los dilatantes, en cambio, la viscosidad aparente aumenta cuando la velocidad de corte se incrementa.
¿Cuándo se produce un flujo laminar?
Se produce cuando la velocidad del flujo es baja y el desplazamiento es uniforme, con capas que se deslizan unas sobre otras sin remolinos ni turbulencias. Este tipo de flujo obedece la Ley de Viscosidad de Newton.
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