Adelgazamiento por cizalladura

Viscosidad de los fluidos Newton y no Newton

Si usted está en este sitio, usted probablemente tiene una idea general sobre lo que es la viscosidad y lo importante que es en el desarrollo de cualquier aplicación que implique flujo de fluidos. Sin embargo, la caracterización de los líquidos es mucho más profunda y compleja de lo que normalmente se espera. Cada material único tiene su propio comportamiento cuando se somete al flujo, a la deformación o al estrés.

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Newton vs no Newton

Dependiendo de su comportamiento de la viscosidad como función de la tarifa de esquileo, de la tensión, de la historia de la deformación ..., los líquidos se caracterizan como Newton o non-Newton.

Fluidos de Newton

Los líquidos de Newton se nombran después de Sir Isaac Newton (1642-1726) quién describió el comportamiento del flujo de líquidos con una relación linear simple entre la tensión de esquileo [MPa] y la tarifa del esquileo [1/s]. Esta relación se conoce ahora como ley de la viscosidad de Newton, donde la constante de la proporcionalidad η es la viscosidad [MPa-s] del líquido:

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Algunos ejemplos de los fluidos de Newton incluyen agua, solventes orgánicos y miel. Para esos fluidos la viscosidad depende sólo de la temperatura. Como resultado, si observamos una trama de estrés de cizallamiento versus velocidad de cizallamiento (ver figura 1) podemos observar un aumento lineal en el estrés con aumento de las tasas de cizallamiento, donde la pendiente se da por la viscosidad del fluido. Esto significa que la viscosidad de los fluidos de Newton seguirá siendo constante (ver figura 2) no importa cuan rápido se ven obligados a fluir a través de una tubería o canal (es decir, la viscosidad es independiente de la velocidad de cizalladura).

Una excepción a la regla es los plásticos de Bingham, que son los líquidos que requieren un esfuerzo mínimo que se aplicará antes de que fluyan. Éstos son terminantemente non-Newton, pero una vez que el flujo comienza se comportan esencialmente como fluidos de Newton (es decir tensión de esquileo es linear con tarifa del esquileo). Un gran ejemplo de este tipo de comportamiento es la mayonesa.

Los fluidos de Newton se componen normalmente de pequeñas moléculas isotrópicos (simétricas en forma y propiedades) que no están orientadas por el flujo. Sin embargo, también es posible tener un comportamiento de Newton con grandes moléculas de isotrópico. Por ejemplo, las soluciones de baja concentración de proteínas o polímeros pueden mostrar una viscosidad constante independientemente de la velocidad de cizallamiento. También es posible que algunas muestras muestren el comportamiento de Newton a bajas tasas de cizallamiento con una meseta conocida como la región de cero viscosidad de cizallamiento.

Fluidos no-Newton

Viscosidad de Newton, adelgazamiento de Cizallas y Tickening de Cizallas en realidad la mayoría de los fluidos no son de Newton, lo que significa que su viscosidad depende de la tasa de cizallamiento (adelgazamiento o engrosamiento del esquileo) o de la historia de deformación (fluidos thixotrop). En contraste con los fluidos de Newton, los fluidos que no son de Newton muestran una relación no lineal entre el estrés por cizallamiento y la tasa de cizallamiento (ver figura 1), tienen una tensión de rendimiento o viscosidad que depende del tiempo o la historia de la deformación (o una combinación de todo lo anterior).

Un líquido es el engrosamiento de la cizalla si la viscosidad del fluido aumenta a medida que aumenta la tasa de cizallamiento (vea la figura 2). Un ejemplo común de los fluidos de engrosamiento de cizalla es una mezcla de maicena y agua. Usted probablemente ha visto ejemplos de esto en la televisión o en Internet, donde la gente puede correr sobre este tipo de soluciones y, sin embargo, se hundirán si se quedan quietos. Los líquidos son adelgazamiento de la cizalla si la viscosidad disminuye a medida que aumenta la tasa de cizallamiento. Los fluidos de adelgazamiento de cizalla, también conocidos como pseudo plásticos, son ubicuos en procesos industriales y biológicos. Ejemplos comunes incluyen ketchup, pinturas y sangre.

El comportamiento no-de Newton de los líquidos se puede causar por varios factores, todos relacionados con la reorganización estructural de las moléculas flúidas debido al flujo. En los derretimientos y las soluciones del polímero, es la alineación de las cadenas altamente isotrópicos qué resultados en una viscosidad disminuida. En coloides, es la segregación de las diferentes fases en el flujo que causa un comportamiento de adelgazamiento de cizallamiento.

¿por qué debería preocuparme?

El flujo pngFluid depende en gran medida de la viscosidad de los fluidos. Al mismo tiempo para un líquido no-de Newton, la viscosidad es determinada por las características del 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 cizalladura en las paredes (es decir, la pendiente del perfil de la velocidad cerca de la pared) va a determinar la viscosidad. La caracterización exitosa de la viscosidad es clave para determinar si un fluido es Newton o no Newton, y qué rango de tipos de cizallamiento necesita ser considerado para una aplicación específica. Muchos Viscosímetro en el mercado miden la viscosidad del índice pero carecen a menudo de la caracterización apropiada de la tarifa del esquileo y de 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 realizarse a una velocidad de cizallamiento que sea relevante para el proceso específico. Aprenda más sobre RheoSense Viscosímetro y cómo permiten mediciones de la verdadera viscosidad Ove