viscosidad de Fluidos newtonianos y no newtonianos
si está en este sitio, probablemente tenga una idea general sobre qué es la viscosidad y qué tan importante es en el desarrollo de cualquier aplicación que involucre el flujo de fluidos. Sin embargo, la caracterización de fluidos es mucho más profunda y compleja de lo que normalmente se espera. Cada material único tiene su propio comportamiento cuando se somete a flujo, deformación o tensión.,
dependiendo de su comportamiento de viscosidad en función de la velocidad de corte, la tensión, el historial de deformación…, los fluidos se caracterizan como newtonianos o no newtonianos.
Fluidos newtonianos
los fluidos newtonianos reciben su nombre de Sir Issac Newton (1642 – 1726) quien describió el comportamiento del flujo de fluidos con una relación lineal simple entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte ., Esta relación se conoce ahora como la Ley de la viscosidad de Newton, donde la constante de proporcionalidad η es la viscosidad del fluido:
ejemplos de Fluidos newtonianos incluyen agua, solventes orgánicos y miel. Para esos fluidos, la viscosidad solo depende de la temperatura. Como resultado, si nos fijamos en una gráfica de esfuerzo cortante versus velocidad de cizallamiento (ver Figura 1) podemos ver un aumento lineal en el esfuerzo con tasas de cizallamiento crecientes, donde la pendiente está dada por la viscosidad del fluido., Esto significa que la viscosidad de los fluidos newtonianos permanecerá constante (ver Figura 2) sin importar cuán rápido se vean obligados a fluir a través de una tubería o canal (es decir, la viscosidad es independiente de la velocidad de cizallamiento).
una excepción a la regla son los plásticos de Bingham, que son fluidos que requieren un esfuerzo mínimo para ser aplicados antes de que fluyan. Estos son estrictamente No Newtonianos, pero una vez que el flujo comienza se comportan esencialmente como fluidos newtonianos (es decir, el esfuerzo cortante es lineal con velocidad de corte). Un gran ejemplo de este tipo de comportamiento es la mayonesa.,
los fluidos newtonianos normalmente están compuestos de pequeñas moléculas isotrópicas (simétricas en forma y propiedades) que no están orientadas por el flujo. Sin embargo, también es posible tener un comportamiento newtoniano con moléculas anisotrópicas grandes. Por ejemplo, las soluciones de proteínas o polímeros de baja concentración pueden mostrar una viscosidad constante independientemente de la velocidad de cizallamiento. También es posible que algunas muestras muestren el comportamiento newtoniano a bajas velocidades de cizallamiento con una meseta conocida como la región de viscosidad de cizallamiento cero.,
fluidos no newtonianos
en realidad, la mayoría de los fluidos no son newtonianos, lo que significa que su viscosidad depende de la velocidad de corte (adelgazamiento o engrosamiento de corte) o del historial de deformación (fluidos tixotrópicos). En contraste con los fluidos newtonianos, los fluidos no newtonianos muestran una relación no lineal entre el esfuerzo de cizallamiento y la velocidad de cizallamiento (ver Figura 1), tienen un esfuerzo de fluencia o viscosidad que depende del tiempo o del historial de deformación (¡o una combinación de todo lo anterior!).,
un fluido es espesamiento de cizallamiento si la viscosidad del fluido aumenta a medida que aumenta la velocidad de cizallamiento (ver Figura 2). Un ejemplo común de fluidos espesantes es una mezcla de maicena y agua. Probablemente han visto ejemplos de esto en la televisión o en internet, donde la gente puede ejecutar este tipo de soluciones y, sin embargo, se hundirán si se quedan quietos. Los fluidos son adelgazamiento por cizallamiento si la viscosidad disminuye a medida que aumenta la velocidad de cizallamiento. Los fluidos de adelgazamiento por cizallamiento, también conocidos como pseudo-plásticos, son omnipresentes en los procesos industriales y biológicos., Ejemplos comunes incluyen ketchup, pinturas y sangre.
el comportamiento no newtoniano de los fluidos puede ser causado por varios factores, todos ellos relacionados con la reorganización estructural de las moléculas de fluido debido al flujo. En las fundiciones y soluciones de polímeros, es la alineación de las cadenas altamente anisotrópicas lo que resulta en una disminución de la viscosidad. En los coloides, es la segregación de las diferentes fases en el flujo lo que causa un comportamiento de adelgazamiento cortante.
¿por qué debería importarme?,
flujo de Fluido es altamente dependiente de la viscosidad de los fluidos. Al mismo tiempo, para un fluido no newtoniano, la viscosidad está determinada por las características de flujo . Mirando la Figura 3, se pueden observar tres perfiles de velocidad muy diferentes dependiendo del comportamiento del fluido. Para todos estos fluidos, la velocidad de corte en las paredes (es decir, la pendiente del perfil de velocidad cerca de la pared) va a determinar la viscosidad., La caracterización exitosa de la viscosidad es clave para determinar si un fluido es newtoniano o no newtoniano, y qué rango de velocidades de cizallamiento debe considerarse para una aplicación específica. Muchos viscosímetros en el mercado miden la viscosidad del índice, pero a menudo carecen de una caracterización adecuada de la velocidad de cizallamiento y la viscosidad absoluta o verdadera. La viscosidad absoluta es uno de los parámetros más importantes en el desarrollo y modelado de aplicaciones que involucran el flujo de fluidos. Por lo tanto, la caracterización adecuada de la viscosidad debe llevarse a cabo a una velocidad de cizallamiento que sea relevante para el proceso específico., Obtenga más información sobre los viscosímetros RheoSense y cómo permiten medir la viscosidad verdadera en una amplia gama de velocidades de cizallamiento.
si está interesado en aprender más conceptos básicos sobre la viscosidad, consulte nuestros sitios básicos sobre:
- unidades de viscosidad para Viscosidad dinámica y cinemática
- ¿qué es la viscosidad?