Fluidos no newtonianos

1. Comportamiento dependiente del tiempo.En algunas situaciones prcticas, la viscosidad aparente depende tambin del tiempo durante el cual el fluido es sometido a esfuerzo, dicha respuesta se divide en:Tixotropa: la viscosidad aparente disminuye con el tiempo, como se observa en el ejemplo de la figura 5, que corresponde a una suspensin de arcillas. Algunas otras sustancias que exhiben este comportamiento son las suspensiones concentradas, las soluciones de protenas y ciertos alimentos.Esta dependencia de la viscosidad con el tiempo se suma a las otras caractersticas del material, que bien puede ser viscoplstico presentando un valor de fluencia

Figura 5: Tixotropa de suspensiones de arcilla.

Reopexia es el fenmeno inverso a la tixotropa, que se manifiesta en un aumento de la viscosidad aparente con el aumento de la velocidad de corte. Ejemplos: polister.Ambos tipos de comportamientos presentan el fenmeno de histresis cuando se realiza la curva vs. No es sencillo expresar la dependencia con el tiempo en expresiones sencillas, muchas veces es necesario realizar medidas en el rango de trabajo especfico del material.

Figura 6: Histresis caracterstica2. Viscoelsticos.

Estas sustancias fluyen cuando se aplica en ellas un esfuerzo de corte, pero tienen la particularidad de recuperar parcialmente su estado inicial, presentando entonces caractersticas de los cuerpos elsticos. Un ejemplo tpico es la agitacin de un lquido en una taza con una cuchara, si el fluido es viscoso, cuando se retira la cuchara cesa el movimiento. Si el material es viscoelstico, al sacar la cuchara se puede observar que el movimiento se hace ms lento e incluso puede llegar a cambiar levemente el sentido de giro antes de detenerse por completo. En esta categora podemos mencionar a polmeros fundidos, soluciones de polmeros.El comportamiento reolgico de los materiales viscoelsticos durante la relajacin (ensayos a deformacin constante) puede modelarse mediante analogas mecnicas compuestas de resortes y amortiguadores. El resorte es considerado un elemento elstico ideal, obedece la ley de Hooke, y el amortiguador es representado por un sistema cilindro-pistn en el cual se manifiesta la parte viscosa, considerando un lquido ideal, de comportamiento newtoniano.

Figura 7. Representacin de la evolucin de la tensin en funcin del tiempo, a deformacin constante.En la figura 7 se observa que en un lquido ideal, la tensin necesaria para mantener una deformacin es instantnea, es decir la tensin provoca la deformacin y aunque caiga a cero la deformacin permanece. En un slido ideal para mantener una deformacin, se debe mantener aplicada una cierta tensin, si se quita la tensin el material recupera la forma inicial debido a su elasticidad.En un slido viscoelstico, debido a las caractersticas viscosas la tensin va disminuyendo, hacia un valor asinttico. El lquido viscoelstico se comporta de modo similar, salvo que la tensin tiende a cero con un tiempo suficiente.

Si es la tensin a un elemento elstico y u es la deformacin (adimensional, m/m):

Eu(8)

Donde E es la constante elstica del resorte.

du

1 d

(9)

dtE dt

Para el elemento viscoso:

Donde es anlogo a y es anlogo a , la viscosidad del fluido, que refleja la friccin interna.

dudt

(10)