Fluidos no newtonianos 2

XXIII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM- ACMor
TÍTULO: Fluidos No Newtonianos
AUTORES: Valeria Irene Amaya Arias y Alan Suárez Sotelo
PROFESORA- ASESORA: Rocío Laura Cruz García
ESCUELA DE PROCEDENCIA: Colegio Anglo Americano Plantel Lomas
ÁREA: Ciencias Físico Matemáticas.
ANTECEDENTES: Un fluido no newtoniano es aquel cuya viscosidad (resistencia
a fluir) varía con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en
la dirección de la fuerza aplicada. Como resultado, un fluido no-newtoniano no
tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido
newtoniano.
La Mecánica de los Fluidos se ocupa del estudio de los fluidos newtonianos
exclusivamente; mientras que los fluidos no newtonianos son parte de una ciencia
más amplia denominada Reología. La Reología es la ciencia que estudia y analiza
los fenómenos de flujo y deformación y las propiedades mecánicas de los gases,
líquidos, plásticos y comprende el estudio de las substancias que “fluyen” pero que
su comportamiento no está regido por las propiedades que rigen a los fluidos
“comunes”.
En el mundo real existen una amplia variedad de fluidos tan comunes como los
newtonianos que no siguen la simple relación dada por la ley de Newton,
especialmente en las industrias químicas, alimenticias y en la industria del
petróleo, y de allí la importancia de su estudio para un adecuado y correcto
tratamiento. Pueden mencionarse, entre otros, los siguientes fluidos no
newtonianos:
 Pinturas y barnices.
 Soluciones de polímeros.
 Mermeladas y jaleas.
 Mayonesa y manteca.
 Dulce de leche y miel.
 Salsas y melazas.
 Soluciones de agua con arcillas y carbón.
 Sangre humana.
Aun cuando el análisis y tratamiento de los fluidos no-newtonianos es menos
preciso, el estudio de este tipo de movimientos tiene características muy
interesantes y excitantes, y quizá un espectro de aplicación práctico mucho más
amplio.
OBJETIVO: Explorar con elementos sencillos las características tan peculiares de
este tipo de materiales.
METODOLOGÍA: Demostrar jugando la diferencia entre los fluidos newtonianos y
no newtonianos, por medio de una explicación sencilla. Pruebas con la mezcla de
maizena/agua aplicando diferentes esfuerzos en diferentes sistemas.
MARCO TEÓRICO: Las moléculas que forman un líquido no están confinadas a
posiciones fijas, como en los sólidos, sino que se pueden mover libremente de una
posición a otra deslizándose entre sí. Mientras que un sólido conserva una forma
determinada, un líquido toma la forma del recipiente que lo contiene. Las
moléculas de un líquido están cerca unas de otra y resisten mucho las fuerzas de
compresión. Los líquidos como los sólidos, son difíciles de comprimir. Los gases,
se comprimen con facilidad. Tanto los líquidos como los gases pueden fluir, y en
consecuencia, ambos se denominan fluidos. La viscosidad es la medida de la
resistencia a la deformación que presentan los fluidos al aplicarles un esfuerzo.
¿Por qué se llaman fluidos newtonianos y no newtonianos? Porque Sir Isaac
Newton, quien estableció las elementales leyes de la mecánica clásica, fue
también un pionero de la mecánica de fluidos, una de las ramas de la Física
estableciendo una ley sobre la viscosidad (resistencia de un fluido a fluir).
En dicha ley de la viscosidad, Newton establece que cuando se mueve un fluido,
en forma “laminar”, existe una relación directamente proporcional entre los
esfuerzos o tensiones aplicadas y los gradientes (aumentos, disminuciones) de la
velocidad del flujo, siendo la constante de proporcionalidad una propiedad física
del fluido llamada viscosidad dinámica o absoluta (
Aquellos fluidos que verifican este comportamiento se denominan fluidos
newtonianos. Muchos fluidos comunes tanto líquidos como gaseosos se
comportan siguiendo esa relación.
DESARROLLO: Un ejemplo económico y no tóxico de fluido no newtoniano puede
hacerse fácilmente añadiendo almidón de maíz en agua en una proporción
aproximada de dos a uno, añadiendo el último en pequeñas porciones y
mezclando lentamente. Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica
es cuando las propiedades de este fluido no newtoniano se hacen evidentes.
La aplicación de una fuerza con una cucharilla hace que el fluido se comporte de
forma más parecida a un sólido que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su
comportamiento como líquido.
Probaremos con intensos golpes de puños, palmas, objetos pesados, etc., que no
puede penetrarse esta mezcla, a menos que las fuerzas que se apliquen sean
mínimas.
Se probará la singularidad de esta mezcla colocando un huevo dentro de una
bolsa de plástico y posteriormente golpearla para tratar de romperlo.
La mezcla deberá manipularse con las manos para formar una “bolita” y luego
mostrar su cambio de viscosidad al sostenerla sobre la palma de la mano.
RESULTADOS: Reconocemos ahora que en un fluido no newtoniano la velocidad
de deformación provoca resultados sorprendentes e inesperados. Se comprende
también que la velocidad de deformación es, explicando con un ejemplo, cuando
nosotros colocamos un material en la licuadora y la ponemos a operar a diferentes
velocidades, nos daremos cuenta que cuando tenemos un fluido dentro de la
licuadora que presente una viscosidad constante sin importar a la velocidad que la
licuadora este operando, será un fluido newtoniano; por otra parte, cuando
utilizamos la licuadora y la viscosidad cambia a cada una de las velocidades a las
que se esté operando, tendremos un fluido no newtoniano. Un ejemplo familiar de
un fluido con este comportamiento es la salsa cátsup y uno contrario es la pintura,
ya que ésta se desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel (el
esfuerzo), pero una vez aplicada sobre la superficie (en reposo) se desea que no
gotee.
CONCLUSIONES: Sabemos que un fluido newtoniano es aquel que presenta una
viscosidad constante a diferentes velocidades de deformación, a una temperatura
constante, y sucede lo contrario con un fluido no newtoniano. Debido a la
capacidad de estos materiales para absorber la energía del impacto, es posible la
aplicación en equipos de protección y seguridad.
BIBLIOGRAFÍA:
 Paul E. Tippens “Física, Conceptos y Aplicaciones” McGraw-Hill,
México, 2007.
 Carlos Gutiérrez Aranzeta y Alicia Pérez “Ciencias 2 Física” Larousse,
México, 2006.
 Jok Church “Experimentos Divertidos, El Mundo de Beakman” Selector,
México, 2001.