1. ColosioCamarenaCesarDaniel –Ing.Química- Materia:Mecanismosde transferencia- Prof.
NormanRiveraPazos
PARTE 2
UNIDAD3
Transferenciade cantidadde movimiento.
Leyde viscosidadde Newton.
Aplicapara losfluidos
Newtonianos.
Para fluidosNoNewtonianos
Una primeraclasificaciónde losfluidosnonewtonianoslosdivideentrescategorías:
1.- Comportamientoindependientedel tiempo.
El esfuerzode corte sólodependede lavelocidadde corte
Modelosde Ostwaldde Waeleo Ley de la Potencia:
Se conocen varios modelos reológicos para representar estos fluidos, entre ellos.
donde K y n son parámetros empíricos, K es el índice de consistencia y n es el índice de
comportamiento de flujo. El término entre corchetes se denomina “viscosidad aparente” y es
evidente que no es constante, dependiendo directamente de la velocidad de corte . γ
Debidoa que n determinaprecisamente el modo en que se desarrolla el flujo, si n<1 el fluido se
denomina pseudoplástico, estos fluidos fluyen más fácilmente aumentando la velocidad de
deformación.
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Por el contrario, cuando n>1 la resistencia a fluir aumenta con un aumento de la velocidad de
corte, y el fluido se denomina dilatante.
La mayoría de losfluidosnonewtonianossonpseudoplásticos:alimentos (jugos y puré de frutas,
salsas),polímerosfundidos(poliestireno,acrilonitrilo,polipropileno,etc.), cosméticos, latex, tinta
de imprenta. En Steffe (1996) encontrarán una amplia base de datos reológicos de distintas
sustancias. Los fluidos dilatantes son más raros, entre otros el cemento y las suspensiones
concentradas (ej:almidónde maíz) siguen este comportamiento. A bajas velocidades, el líquido
presente llena los espacios libres, a medida que la velocidad de corte aumenta, el material se
expande odilataycomienzanaaparecer esfuerzosde interacciónsólido-sólidoque se traducenen
un aumentode laviscosidad aparente. Una limitación importante de la ley de la potencia es que
esaplicable aun rango limitadode velocidadesde corte. Además el valor de K depende del valor
numérico de n, con lo cual valores de K de distintos fluidos no son comparables.
Fluidosviscoplásticos: estassustanciaspresentanuncomportamientosólidomientras el esfuerzo
de corte no supere un valor de fluencia τ0, una vez superado este valor pueden adoptar un
comportamiento newtoniano (Plástico de Bingham) o que sigue la ley de la potencia. Estas
características pueden ser deseables en ciertos fluidos, un caso típico es la pasta dental que se
pretende que permanezca en reposo cuando está aplicada sobre el cepillo pero que fluya con el
cepillado, otro ejemplo son las cremas que fluyen de los pomos a partir de un cierto esfuerzo
aplicado.
Plástico de Bingham (pasta dental, puré de tomate, extracto de carne)
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Modelode Ellis: Se aplicacuandolas desviacionesde laleyde lapotenciasonsignificativasabajos
valores de γ.
En este modelo, μ0 es la viscosidad extrapolada a bajos valores de velocidad de corte, y los dos
parámetrosrestantes,α yτ1/2 sonempíricos.α mide el gradode comportamientopseudoplástico
(en sentido contrario a n) y τ1/2 representa el valor de esfuerzo de corte en el que la viscosidad
aparente vale la mitad del valor μ0. Predice comportamiento newtoniano cuando τ1/2 tiende a
infinito.
2.- Comportamientodependientedel tiempo.
En algunassituacionesprácticas, la viscosidad aparente depende también del tiempo durante el
cual el fluido es sometido a esfuerzo, dicha respuesta se divide en:
Tixotropía:la viscosidadaparentedisminuye conel tiempo que corresponde a una suspensión de
arcillas. Algunas otras sustancias que exhiben este comportamiento son las suspensiones
concentradas,lassoluciones de proteínas y ciertos alimentos. Esta dependencia de la viscosidad
con el tiempo se suma a las otras características del material, que bien puede ser viscoplástico
presentando un valor de fluencia.
Reopexia: es el fenómeno inverso a la tixotropía, que se manifiesta en un aumento de la
viscosidadaparente conel aumentode lavelocidadde corte.Ejemplos:poliéster. Ambos tipos de
comportamientos presentan el fenómeno de histéresis cuando se realiza la curva τ vs. γ No es
sencillo expresar la dependencia con el tiempo en expresiones sencillas, muchas veces es
necesario realizar medidas en el rango de trabajo específico del material.
3.- Viscoelásticos.
Estas sustanciasfluyencuandose aplicaenellasunesfuerzode corte,perotienenlaparticularidad
de recuperar parcialmente su estado inicial, presentando entonces
Características de loscuerposelásticos.Unejemplotípicoeslaagitaciónde un líquido en una taza
con una cuchara, si el fluido es viscoso, cuando se retira la cuchara cesa el movimiento. Si el
material es viscoelástico, al sacar la cuchara se puede observar que el movimiento se hace más
lento e incluso puede llegar a cambiar levemente el sentido de giro antes de detenerse por
completo.Enestacategoría podemosmencionar a polímeros fundidos, soluciones de polímeros.
El comportamiento reológico de los materiales viscoelásticos durante la relajación (ensayos a
deformación constante)puede modelarse medianteanalogíasmecánicas compuestas de resortes
y amortiguadores.El resorte esconsideradounelementoelásticoideal,obedece laleyde Hooke,y
el amortiguador es representado por un sistema cilindro-pistón en el cual se manifiesta la parte
viscosa, considerando un líquido ideal, de comportamiento newtoniano.
En un sólidoviscoelástico, debido a las características viscosas la tensión va disminuyendo, hacia
un valor asintótico. El líquido viscoelástico se comporta de modo similar, salvo que la tensión
tiende a cero con un tiempo suficiente.
