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Ley de Newton de la viscosidad 𝜏 = −𝜇 𝑑𝑣𝑥/ 𝑑𝑦
A raíz del enunciado de la tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción, se derivan en sí, el
fundamento para entender que, durante todo contacto entre dos cuerpos, existirá resistencia o
fuerzas, que sean iguales y opuestas. De tal manera, que el considerar los fluidos (líquidos o
gases) como forma de materia esencial en nuestros medios físicos, se llega a la necesidad de
que este tipo de resistencia, o como lo determinó Newton: la proporcionalidad existente entre
el esfuerzo por unidad de área (F/A), en sus casos se denomine viscosidad.
Experimentalmente, la viscosidad puede ser representada en el movimiento que produce un
fluido entre dos placas, siendo más fácilmente reflejado por los líquidos; y matemáticamente se
refleja en el esfuerzo cortante ejercido en la dirección x sobre un fluido situado a una distancia,
que depende precisamente de la viscosidad del fluido 𝜇 y del gradiente de velocidad (vx) en la
dirección con respecto a la distancia y, es decir:
𝜏
yx
= −𝜇 𝑑𝑣𝑥/ 𝑑𝑦
Por ende, la viscosidad es una propiedad importante en los líquidos esta se refiere a la
resistencia que poseen algunos líquidos durante su movimiento vemos reflejado su fluidez y
deformación; mientras que en los gases se en la cantidad de movimiento que es trasportada por
las moléculas en vuelo libre entre colisiones.
De dichas analogías al trasporte de cantidad de movimiento (calor y materia) y la referencia
inicial en términos de fuerza, resulta en una interpretación dinámica de la viscosidad,
viscosidad cinemática (𝑣), que no es más que la viscosidad del fluido dividida entre la densidad
() de este:
𝑣 = 𝜇/
Ahondar un poco en esta propiedad física de los fluidos, es comprender la complejidad del
movimiento de fluidos en un área muy bien determinada como es la estática de fluidos, e sí,
determinar balances totales de masa.
La Ley de Newton se ajusta bien a los gases y líquidos, siempre que la velocidad no sea
demasiado alta, ya que, para que se cumpla la Ley de Newton el comportamiento del flujo debe
ser laminar; lo contario tendríamos velocidades muy altas, por ende, el flujo se vuelve
turbulento y la ecuación no es válida.
En nuestra realidad, la viscosidad puede variar entre fluidos cotidianos, que los hacen clasificar
físicamente como fluidos Newtonianos y No Newtonianos.
Se llama fluido Newtoniano al fluido en el que 𝜇 es independiente de 𝑑𝑣𝑥/ 𝑑𝑦, es decir, que la
viscosidad pueda considerarse constante con el tiempo; específicamente en la industria
alimenticia, y en muchos productos alimenticios naturales, la viscosidad puede describirse en
función de la presión y la temperatura sin que intervengan otras fuerzas, es decir, la viscosidad
es independiente de la agitación, solo depende de la temperatura y composición; como por
ejemplo: el agua, la leche, los aceites comestibles, el consomé, las bebidas carbonatadas, el
jarabe de maíz, el alcohol de tipo etílico, la glicerina, jugo de manzana, jugo de naranja, vino y
cerveza.
En los fluidos no Newtonianos 𝜇 varía a medida que lo hace 𝑑𝑣𝑥/ 𝑑𝑦, en sí, que la viscosidad
varía con el tiempo y la tensión aplicada. Dentro de la industria de alimentación y bebidas se
pueden encontrar infinidad de productos con diferentes propiedades físicas que requieren de
procesos específicos para su mezcla. La gran mayoría de los fluidos en la industria
alimentaria se comportan de cierta manera al exponerse a un estado de agitación, presentan un
comportamiento no newtoniano. La consistencia de estos alimentos se modifica con
la velocidad de agitación, lo que deriva a contar con un buen equipo de mezcladoras que integre
un nivel de mezcla intenso de los componentes, sin que el motor se sobrecargue para no reducir
la eficacia del mezclado.
En la industria alimentaria los productos alimenticios tales como la crema, azúcar, jarabe, miel
y aderezos presentan un comportamiento no newtoniano, de las cuales se desligan fluidos
dependientes del tiempo (Tixotrópicos y Reopécticos) e independientes del tiempo (Sin
esfuerzo umbral y con esfuerzo umbral):
1. Dependientes del tiempo:
- Tixotrópicos: Los fluidos tixotrópicos son aquellos en donde la viscosidad disminuye al
aumentar el tiempo de agitación, como por ejemplo las gelatinas, mieles, manteca
vegetal y algunas salsas.
Durante el proceso de mezclado, una zona de material menos viscoso se forma
alrededor del agitador, esto es más evidente cuanto mayor es el tiempo de agitación,
pero la mayor parte del alimento permanece estacionario.
- Reopécticos: Su comportamiento es el opuesto al de los tixotrópicos, es decir, su
viscosidad aumenta con el tiempo de agitación. Muchos fluidos, pierden sus
propiedades reopécticas a niveles altos de cizalla.
Un ejemplo puede ser la clara de huevo.
2. Independientes del tiempo:
- Plásticos de Bingham: Permanecen rígidos mientras que el esfuerzo sea menor a un
valor determinado (llamado punto de cedencia) dependiendo de cada fluido. Una vez
superado dicho valor, el comportamiento es muy semejante a un fluido newtoniano.
Este modelo de fluido se puede encontrar en emulsiones como la pintura, en lodos y en
líquidos con sólidos en suspensión, el chocolate, la pasta de dientes, jaleas, entre otros.
- Dilatantes: Aumentan su viscosidad al aumentar la gradiente de velocidad. Estos fluidos
al igual que los pseudoplásticos no tienen una tensión de fluencia inicial y son mucho
menos comunes.
Estos fluidos deben mezclarse con sumo cuidado. Requieren de una alta potencia y
resistencia, ya que el aumento que se produce en la consistencia, puede dañar los
mecanismos de transmisión y los ejes.
Para el proceso de mezcla resultan adecuadas las fuerzas de corte, de envoltura, como
las que proporcionan las mezcladoras de paletas.
Ejemplos: Harina de maíz, disoluciones de almidón muy concentradas, chocolate, etc.
- Pseudoplásticos: Son aquellos fluidos que disminuyen su viscosidad al aumentar la
gradiente de velocidad. Sin embargo, a velocidades altas, la viscosidad se hace casi
constante.
Este es el comportamiento más común a nivel industrial y se puede encontrar marcado
en mayor o menor medida dependiendo de la distribución de pesos moleculares y de la
estructura del material.
Durante el proceso de mezcla, al igual que los tixotrópicos, se forma al rededor del
agitador una zona de material menos viscoso (más evidente cuanto mayor es la
agitación) pero la mayor parte del fluido permanece estacionario.
Ejemplos: Salsas, mostaza, zumos de frutas, algunos tipos de Ketchup, pulpa de papel.
- Viscoelásticos o de comportamiento plástico: Se caracterizan por poseer propiedades
viscosas y elásticas como son la relajación de la tensión y la recuperación. Esta mezcla
de propiedades puede ser debida a la existencia en el líquido de moléculas muy largas
y flexibles o también a la presencia de partículas líquidas o sólidos dispersos. Para que
se produzca el cizallamiento en este tipo de fluidos se requieren fuerzas de distensión
y envoltura.
Ejemplo: Nata, masa de panadería, helados, gelatinas.
Guía Fisica. 8 y 9. Tema 2.docx
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