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Definición de fluido no newtoniano

1930
Científico que experimenta con la viscosidad de fluidos no newtonianos en un laboratorio.

Un fluido no newtoniano es aquel cuya viscosidad cambia bajo un esfuerzo cortante aplicado. A diferencia de un fluido newtoniano, en el que la viscosidad es constante, sus propiedades de flujo no se describen mediante una relación lineal entre el esfuerzo cortante ([latex]\tau[/latex]) y la velocidad de corte ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). Esta dependencia puede manifestarse como adelgazamiento por cizallamiento (la viscosidad disminuye con la tensión) o espesamiento por cizallamiento (la viscosidad aumenta con la tensión).

La diferencia fundamental entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos radica en su respuesta al cizallamiento. Para un fluido newtoniano, la relación es lineal, definida por la ley de viscosidad de Newton: [latex]\tau = \mu \dot{\gamma}[/latex], donde [latex]\mu[/latex] es el coeficiente constante de viscosidad. Para los fluidos no newtonianos, esta relación no es lineal y puede depender del tiempo. La viscosidad aparente, definida como [latex]\eta = \tau / \dot{\gamma}[/latex], no es una constante, sino una función de la propia velocidad de cizallamiento, [latex]\eta(\dot{\gamma})[/latex].

Este comportamiento se debe a la microestructura interna del fluido, como largas cadenas de polímeros, partículas en suspensión o emulsiones. Cuando se aplica una fuerza de cizallamiento, estas microestructuras pueden alinearse, deformarse o reorganizarse, alterando la resistencia del fluido al flujo. Por ejemplo, en una solución polimérica (un fluido que se diluye por el cizallamiento), las cadenas poliméricas enrolladas aleatoriamente se desenredan y se alinean con la dirección del flujo cuando se aplica una fuerza de cizallamiento elevada, lo que reduce la fricción interna y, por tanto, la viscosidad. Por el contrario, en una suspensión concentrada como la maicena en agua (un fluido que se espesa con el cizallamiento), las partículas pueden aglomerarse con el cizallamiento, aumentando drásticamente la viscosidad.

El estudio de estos complejos comportamientos de flujo se denomina reología. Comprender las propiedades no newtonianas de un fluido es fundamental en muchos procesos industriales, desde el bombeo y la mezcla hasta el revestimiento y moldeo, ya que las condiciones de procesamiento influyen directamente en el comportamiento del material.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Fundacional

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Ley de la viscosidad de Isaac Newton (1687)
  • Estudios sobre coloides y suspensiones de Thomas Graham (década de 1860)
  • Desarrollo de técnicas de viscosimetría
  • Observaciones tempranas de flujo anómalo en materiales como lodos de arcilla y pinturas

Aplicaciones

  • procesamiento de alimentos (por ejemplo, ketchup, mayonesa)
  • cosméticos (por ejemplo, cremas, esmaltes de uñas)
  • lodos de perforación en la industria petrolera
  • armadura corporal líquida
  • pintura fabricación

Patentes:

NA

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Relacionado con: fluido no newtoniano, viscosidad, esfuerzo de cizallamiento, velocidad de cizallamiento, reología, dinámica de fluidos, cizallamiento-adelgazamiento, cizallamiento-espesamiento.

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