Fluidos No Newtonianos

Los fluidos no newtonianos son sustancias con propiedades físicas y químicas sorprendentes. Aunque parecen casi tan líquidos como el agua, este tipo de fluido tiene la particularidad de convertirse en sólido cuando se ejerce sobre él una presión suficientemente fuerte.

¿De qué se trata?

En química, los fluidos son medios perfectamente deformables que pueden ser gaseosos (fluidos compresibles), líquidos (fluidos poco compresibles) o ninguno de ellos (en determinadas condiciones de temperatura y presión).

La mecánica de fluidos es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos cuando son sometidos a fuerzas o tensiones.

Existen dos grandes familias de fluidos en función de su viscosidad: los llamados fluidos "newtonianos" y los fluidos "no newtonianos".

Los diferentes tipos de fluidos

Los fluidos "newtonianos", como el agua, el aire y la mayoría de los gases, tienen una viscosidad que es constante o que sólo puede variar con la temperatura.

En cambio, los fluidos "no newtonianos" se distinguen por tener una viscosidad variable, en función de la velocidad y las tensiones que experimentan.
En otras palabras, la deformación de este tipo de fluido no es directamente proporcional a la fuerza que se le aplica.

Ejemplos de fluidos no newtonianos

La arena húmeda encontrada en Seaside es un buen ejemplo de la peculiaridad de los fluidos no newtonianos.
En efecto, si se golpea la arena húmeda, tiene la consistencia de un sólido, mientras que si se presiona suavemente, se comporta como una pasta.

Un pequeño experimento seguro para hacer en casa es mezclar agua y maicena.
Al incorporar lentamente 2 medidas de almidón en una medida de agua, se obtiene en efecto una pasta cuya viscosidad cambia con el ritmo de la tensión aplicada.
La mezcla resultante se comportará como un sólido si se introduce una cuchara con fuerza en la superficie, pero como un líquido si se introduce la cuchara lentamente.

El vídeo que aparece a continuación muestra que una persona que se mueve rápidamente o con la fuerza suficiente sobre la superficie de un líquido no newtoniano puede literalmente caminarse sobre dicho líquido.

Investigación y aplicaciones de los fluidos newtonianos

Los fluidos no newtonianos son objeto de una amplia investigación fundamental, no sólo porque se dan mucho en la naturaleza, sino también por sus posibles aplicaciones, como los chalecos antibalas.
Son un material interesante por su capacidad de absorber el impacto de un proyectil a gran velocidad, sin dejar de ser lo suficientemente flexible como para llevarlo sin molestias.
La rama de la física que las estudia se llama "reología".

Resumen sobre un líquido no newtoniano

Un fluido que se desvía de la ley de viscosidad de Newton -viscosidad constante independientemente de la tensión- se denomina no newtoniano. Cuando se somete a una fuerza, la viscosidad de los fluidos no newtonianos puede cambiar, volviéndose más líquida o más sólida. Por ejemplo, el ketchup es un fluido no newtoniano porque al agitarlo se vuelve más líquido. Muchas soluciones salinas, los polímeros fundidos, las natillas,[1] la pasta de dientes, las suspensiones de almidón, la maicena, la pintura, la sangre, la mantequilla fundida y el champú son ejemplos de fluidos no newtonianos.

La mayoría de las veces, la viscosidad de los fluidos no newtonianos depende de la tasa de cizallamiento o de la historia de la tasa de cizallamiento (la deformación progresiva causada por las tensiones de cizallamiento o de tracción). No obstante, algunos fluidos no newtonianos cuya viscosidad es independiente de la velocidad de cizallamiento siguen presentando patrones típicos de diferencia de tensiones u otros comportamientos no newtonianos. En un fluido newtoniano, el coeficiente de viscosidad sirve como constante de proporcionalidad, y la relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte es lineal, pasando por el origen. La relación entre el esfuerzo de cizallamiento y la velocidad de cizallamiento difiere en un fluido no newtoniano. Incluso se puede observar una viscosidad dependiente del tiempo en el fluido. Por lo tanto, es imposible determinar un coeficiente de viscosidad constante.

Aunque la viscosidad se utiliza con frecuencia en la mecánica de fluidos para explicar las características de cizallamiento de un fluido, los fluidos no newtonianos no siempre pueden describirse adecuadamente con este concepto. Pueden examinarse de forma más eficaz utilizando una serie de propiedades reológicas adicionales que relacionan los tensores de tensión y velocidad de deformación en muchas situaciones de flujo, como el cizallamiento oscilante o el flujo extensional, y que se determinan mediante diversos instrumentos o reómetros. Las ecuaciones constitutivas tensoriales, que se utilizan con frecuencia en la investigación de la mecánica del continuo, proporcionan una herramienta superior para entender estas propiedades.