¿Qué son los fluidos no newtonianos? - Características de los fluidos no newtonianos

Un fluido no newtoniano no tiene una viscosidad específica y permanece constante, pero cambia con la energía térmica y la fuerza de corte que se le aplica. Estos fluidos se caracterizan por el estudio que se les hace cuando se deforman, lo cual ocurre mediante la aplicación de fuerza. Estos componentes aparecen cuando existe una relación entre el esfuerzo y las tensiones. Por lo tanto, trabajan bajo diversas condiciones de flujo, como, por ejemplo, las de esfuerzo tipo cortante. A continuación, veremos que son los fluidos no newtonianos.

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Significado de los fluidos no newtonianos

La viscosidad de un fluido no newtoniano no es fija, ya que cambia cuando se le impone temperatura y esfuerzo cortante. En cambio, la viscosidad de un fluido newtoniano se fundamenta en la temperatura y se describe en función de la presión, sin la ayuda de fuerzas adicionales. A diferencia de los fluidos newtonianos, los no newtonianos carecen de un valor y una viscosidad constante.

Un fluido no newtoniano es una sustancia homogénea en su composición y sufre deformaciones de manera continua, esto ocurre cuando se aplica una fuerza. Suelen ser sustancias que no poseen una forma única y adoptan la forma del recipiente en el que se encuentran. Existen diferentes tipos de fluidos no newtonianos, como los siguientes:

• Los plásticos.
• Los fluidos en los que influye la viscosidad y el tiempo.
• Los viscoelásticos.
• Los fluidos que siguen la ley potencial.

¿Cuáles son las características de los fluidos no newtonianos?

Las siguientes características son esenciales para definir un fluido no newtoniano:

• Un fluido no newtoniano estático se comporta como un líquido, pero si se le aplica fuerza, su viscosidad aumenta. Al imponer fuerza en su superficie, el estrés agregado provoca una reorganización de los átomos, lo que resulta en un aumento de la viscosidad y la capacidad de comportarse momentáneamente como un sólido.
• Es de consistencia homogénea.
• No posee un valor de viscosidad constante ni fijo.
• Presenta resistencia.
• Los líquidos tienen la capacidad de cambiar su comportamiento dependiendo de la tensión que se les aplica.
• La viscosidad generalmente depende del tiempo.
• También depende de la temperatura.
• El fluido se caracteriza por su viscosidad.
• Su comportamiento está influenciado por la fuerza aplicada.
• El tiempo es otro factor relevante en su comportamiento.

¿Qué diferencia hay entre los fluidos no newtonianos y newtonianos?

Existen diversas diferencias entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos. A continuación, mencionaremos las características distintivas de los fluidos newtonianos:

• No poseen elementos elásticos o irreales.
• Son líquidos.
• Se fundamentan en la ley de Newton sobre la viscosidad, lo que implica una relación lineal entre la velocidad de deformación y el esfuerzo cortante.
• No presentan resistencia al flujo.
• Tienen una viscosidad definida y constante.
• La viscosidad se mantiene constante bajo el esfuerzo.
• La viscosidad no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo, pero sí de la temperatura y la presión.
• La viscosidad disminuye a medida que aumenta la temperatura.
• Pueden contener diversos elementos en su composición, dependiendo del caso.

Algunos ejemplos de fluidos newtonianos son: aire, agua, vino, gasolina y aceites minerales. A continuación, presentamos las características distintivas de los fluidos no newtonianos:

• Poseen una sustancia consistente y homogénea.
• No tienen una viscosidad definida ni constante.
• Pueden comportarse tanto como sólidos como fluidos, y no se basan en ninguna ley de Newton.
• Su resistencia al flujo es variable y depende del tiempo y la fuerza aplicada. El esfuerzo causa cambios en la viscosidad.
• Pueden incluir fluidos biológicos.
• Se utilizan en la producción de jabones, alimentos, sustancias naturales, entre otros.

Ejemplos de fluidos no newtonianos

Algunos ejemplos que podemos mencionar son:

• Mayonesa: Es una emulsión fría preparada a base de aceite vegetal y huevo licuados.
• Pintura: Es el principal ejemplo de fluidos no newtonianos y está compuesta por disolventes, pigmentos y ligantes.
• Barnices: Están formados por disolventes, como por ejemplo, aceites o resinas.
• Mermeladas y jaleas: Son conservas de fruta cocinadas a base de azúcar y están conformadas por almidón.
• Soluciones de polímeros: Son composiciones líquidas que contienen pequeñas moléculas disolventes y se utilizan para especificar la estructura de los polímeros. También se emplean para controlar las propiedades reológicas en productos alimenticios, pinturas y productos farmacéuticos.
• Manteca: Es una sustancia derivada de la leche que se obtiene al batir, amasar y dejar fermentar la crema. Se utiliza en la fabricación de mantequillas.
• Dulce de leche: Es una preparación a base de leche muy popular en Latinoamérica. Tiene una consistencia caramelizada y se utiliza en numerosos postres como tortas, waffles, pasteles, etc.
• Miel: Es un líquido dulce y viscoso producido por abejas, especialmente las abejas domesticadas del género Apis, a partir del néctar de las flores o de secreciones de plantas o animales que se alimentan de las flores.
• Salsas: Se refiere a las preparaciones líquidas o espesas que tienen un sabor específico. Las recetas para preparar salsas se encuentran en los libros de cocina.
• Melazas: También conocidas como miel o blackstrap, se producen mediante la cristalización del azúcar y se obtienen mediante la cocción de la caña de azúcar.
• Soluciones de agua con arcillas y jabón: Son ejemplos importantes, y su consistencia dependerá de la cantidad de agua que se agregue, lo cual determinará su espesor.
• Sangre humana: En biología, la sangre es uno de los fluidos no newtonianos más importantes. Fluye a través de venas, arterias y capilares en los vertebrados. Los glóbulos rojos contienen hemoglobina, un pigmento que les confiere su color rojo característico.
• Magma y lava.
• Cemento y lodo.
• Ciencia biológica: La saliva, el líquido sinovial y la mucosa también son ejemplos de fluidos no newtonianos.

Algunas aplicaciones de los fluidos no newtonianos en la hidráulica incluyen:

• Amortiguadores de vibración: Algunos fluidos no newtonianos, como los fluidos magneto-reológicos y los fluidos electrorreológicos, se utilizan en sistemas de amortiguación de vibraciones. Estos fluidos pueden cambiar su viscosidad en respuesta a campos magnéticos o eléctricos, lo que permite ajustar y controlar la amortiguación de vibraciones en tiempo real.
• Control de flujo: Los fluidos no newtonianos pueden utilizarse para controlar el flujo en sistemas hidráulicos.
• Sellado y lubricación: Algunos fluidos no newtonianos, como los geles y pastas lubricantes, se utilizan para el sellado y la lubricación en sistemas hidráulicos.
• Transporte de sólidos: Los fluidos no newtonianos también se utilizan en aplicaciones donde es necesario transportar sólidos en suspensión, como lodos, mezclas de concreto y pulpas minerales.

¿Cómo hacer un fluido no newtoniano?

Se puede dar un ejemplo de cómo se realiza un fluido de este tipo. En este caso, podemos utilizar la maicena. Para prepararlo, sigue estos pasos:

• Toma un bol grande.
• Vierte un vaso completo de agua en el bol.
• Agrega la maicena poco a poco hasta obtener una textura espesa.
• Amasa la mezcla gradualmente.

Una vez que la masa esté homogénea, podrás observar el comportamiento del fluido. Si lo dejas en reposo, verás que la masa se comporta como un líquido, incluso puede parecer que se derrite al sostenerla en tu mano. Además, empezará a moverse e incluso a gotear. Sin embargo, al golpearla con fuerza, notarás que se comporta como un sólido, siendo duro y sin manchar tus manos. Otros ejemplos de procesos para obtener fluidos no newtonianos son:

• Soluciones jabonosas.
• Pasta dental.
• Lodos.
• Yogur.
• Mantequilla.
• Cemento.

A diferencia de los fluidos tixotrópicos y reopécticos no newtonianos, los líquidos dilatantes cambian su viscosidad en función de la energía aplicada, no del tiempo. Cuanto más fuerte golpees el fluido, más viscoso se volverá.

Los resultados de este estudio pueden utilizarse para desarrollar procedimientos operativos adecuados con el objetivo de mejorar la productividad. Este sistema podría ser un sistema hidráulico termodinámico que trabaje con agua a alta presión y caudal para controlar el flujo y la presión.