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El efecto Weissenberg (fluidos)

1947
  • Karl Weissenberg
Investigador demostrando el efecto Weissenberg con un fluido viscoelástico en un laboratorio.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El efecto Weissenberg es un fenómeno en fluidos viscoelásticos donde el fluido asciende por una varilla giratoria insertada en él. Esto es contrario al comportamiento de los fluidos newtonianos, que son empujados hacia afuera por fuerza centrífuga, formando un vórtice. El efecto es causado por la normal estrés diferencias que se desarrollan en el fluido bajo cizallamiento.

El efecto Weissenberg es una consecuencia directa de la naturaleza elástica de ciertos materiales. no newtoniano fluidos. Cuando un fluido simple como el agua se corta entre una varilla giratoria y un recipiente estacionario, los elementos del fluido se estiran en la dirección del flujo (la dirección tangencial). En un fluido newtoniano puramente viscoso, esto da como resultado tensión de cizallamiento pero no hay tensión perpendicular (normal) al plano de corte. Sin embargo, en un fluido viscoelástico, como una solución polimérica, las largas cadenas poliméricas resisten este estiramiento, creando una tensión elástica a lo largo de las líneas de corriente curvas, de forma similar a como se estiran las gomas elásticas.

Esta tensión crea una «tensión circunferencial» que actúa hacia adentro, hacia el centro de rotación. Esta fuerza dirigida hacia adentro genera un gradiente de presión, empujando el fluido hacia arriba a lo largo de la varilla giratoria, que es el camino de menor resistencia. La magnitud de este efecto está relacionada con la primera diferencia de tensión normal, N_1 = τθ τrr, un parámetro clave en reología que cuantifica la elasticidad del fluido. El efecto Weissenberg es una poderosa demostración visual de la elasticidad de los fluidos y un concepto fundamental en el estudio de polímeros fundidos y soluciones.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Fenómeno físico

Ruptura

Sustancial

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • Desarrollo de la teoría de la viscoelasticidad
  • Estudios sobre soluciones de polímeros y sus comportamientos de flujo inusuales
  • Invención del reómetro de cono y placa por Weissenberg, que permitió la medición de tensiones normales.

Aplicaciones

  • Caracterización de las propiedades viscoelásticas de los polímeros en reómetros
  • Diseño de mezcladores para materiales viscoelásticos como masa de pan o polímeros fundidos.
  • Comprensión de las inestabilidades del flujo en el procesamiento de polímeros
  • Ayuda en el diseño de bombas para fluidos no newtonianos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Cojinetes autocentrantes que utilizan lubricantes viscoelásticos
  • Sistemas de transporte de fluidos sin bombas accionados por superficies giratorias
  • Nuevos dispositivos de mezcla que utilizan varillas trepadoras para mejorar la mezcla vertical
  • sensores para detectar la concentración de polímeros en función de la altura de la subida
  • Instalaciones artísticas con esculturas fluidas y dinámicas.
  • separadores centrífugos que aprovechan las tensiones normales para separar partículas
  • Actuadores robóticos blandos basados ​​en efectos de estrés normal controlados
  • Herramientas de fondo de pozo para la extracción de petróleo que utilizan el efecto para gestionar el flujo de fluidos.
Relacionado con: efecto Weissenberg, ascenso de varilla, viscoelasticidad, tensión normal, reología, polímeros fundidos, no newtoniano, tensión circunferencial.

Contexto histórico

El efecto Weissenberg (fluidos)

1933
1937
1940
1947
1950
1950
1950
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950
1950
1950

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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