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Espesamiento por cizallamiento (dilatancia)

1885
  • Osborne Reynolds
Investigador demostrando el comportamiento de espesamiento por cizallamiento de una mezcla de almidón de maíz y agua en mecánica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El engrosamiento por cizallamiento, o dilatancia, es un no newtoniano comportamiento donde viscosidad increases with the rate of tensión de cizallamiento. A classic example is a suspension of cornstarch in water (oobleck), which feels liquid when stirred slowly but becomes almost solid when struck or stirred rapidly. This phenomenon is caused by the jamming of suspended particles under high shear.

El mecanismo que subyace al espesamiento por cizallamiento en suspensiones concentradas se atribuye a menudo a la aglomeración y el atasco. A velocidades de cizallamiento bajas, las partículas en suspensión están lubricadas por el líquido que las rodea y pueden moverse unas junto a otras con relativa facilidad. A medida que aumenta la velocidad de cizallamiento, las partículas se acercan entre sí. La capa de fluido lubricante que las separa se adelgaza y las fuertes fuerzas hidrodinámicas de corto alcance hacen que las partículas formen aglomeraciones transitorias o "hidroclusters".

A una velocidad de cizallamiento crítica, estos hidroclusters pueden filtrarse por el sistema, formando una red rígida que soporta la tensión y que abarca el fluido. Esta transición de un estado fluido a un estado sólido y estancado es lo que provoca el drástico aumento de la viscosidad. Este proceso es reversible; al eliminarse el alto esfuerzo cortante, la red de partículas se desintegra y el material vuelve a su estado fluido. Esta propiedad se aprovecha en tecnologías como los blindajes líquidos, donde un material flexible que contiene un fluido espesante por cizallamiento se vuelve rígido instantáneamente tras el impacto a alta velocidad de un proyectil, disipando la energía y protegiendo al usuario.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Propiedad física

Ruptura

Sustancial

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • Observaciones del comportamiento de la arena húmeda por Osborne Reynolds
  • Estudios de suspensiones coloidales concentradas
  • Desarrollo de reómetros para estudiar fenómenos de alto cizallamiento

Aplicaciones

  • Armadura corporal líquida (por ejemplo, D3O) que se endurece con el impacto.
  • Sistemas de control de tracción donde el fluido se espesa para bloquear un diferencial.
  • Materiales de relleno de baches que fluyen hacia las grietas pero se endurecen bajo la presión del tráfico.
  • equipo de protección para deportes
  • Amortiguadores sísmicos para edificios

Patentes:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: espesamiento por cizallamiento, dilatante, oobleck, maicena, viscosidad, reología, coraza líquida, atasco.

Contexto histórico

Espesamiento por cizallamiento (dilatancia)

1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890

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

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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