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El efecto Weissenberg (fluidos)

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

The Weissenberg effect is a phenomenon in viscoelastic fluids where the fluid climbs up a rotating rod inserted into it. This is contrary to the behavior of Newtonian fluids, which are pushed outwards by centrifugal force, forming a vortex. The effect is caused by normal estrés differences that develop in the fluid under shear.

The Weissenberg effect is a direct consequence of the elastic nature of certain no newtoniano fluids. When a simple fluid like water is sheared between a rotating rod and a stationary container, the fluid elements are stretched in the direction of flow (the tangential direction). In a purely viscous Newtonian fluid, this results in shear stress but no stress perpendicular (normal) to the shear plane. However, in a viscoelastic fluid, such as a polymer solution, the long polymer chains resist this stretching, creating an elastic tension along the curved streamlines, much like stretched rubber bands.

This tension creates a “hoop stress” that acts inwards, towards the center of rotation. This inward-directed force generates a pressure gradient, pushing the fluid up the rotating rod, which is the path of least resistance. The magnitude of this effect is related to the first normal stress difference, [latex]N_1 = \tau_{\ heta\theta} – \tau_{rr}[/latex], a key parameter in rheology that quantifies the fluid’s elasticity. The Weissenberg effect is a powerful visual demonstration of fluid elasticity and is a fundamental concept in the study of polymer melts and solutions.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Fenómeno físico

Disrupción

Sustancial

Utilización

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

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