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