En el mundo de la física y la mecánica de fluidos, hay dos tipos de fluidos que debemos conocer: los newtonianos y los no newtonianos. Los fluidos se pueden definir como una sustancia que fluye y puede variar su forma para ajustarse a la forma de su envase.
Fluidos Newtonianos
Comencemos por los fluidos newtonianos, los cuales son aquellos cuya viscosidad es independiente del gradiente de velocidad y solo dependen de la temperatura y, quizá, la presión. Ejemplos de fluidos newtonianos son el agua, la gasolina, el vino y los aceites naturales.
Esto significa que un fluido newtoniano mantiene su viscosidad constante incluso cuando se somete a esfuerzos de corte o deformación, lo que significa que su esfuerzo cortante es proporcional a la rapidez de deformación. Matemáticamente hablando, esto significa que la relación entre la fuerza tangencial, la velocidad y la distancia en un fluido newtoniano se puede expresar diferencialmente: t = F/A = µ (dv/dy).
En la universidad, se estudian mayormente los fluidos newtonianos, como agua y aire, debido a su simplicidad y consistencia en la forma en que fluyen. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la mayoría de los fluidos en el mundo real no son newtonianos, lo que nos lleva al siguiente tipo de fluidos.
Fluidos no Newtonianos
Los fluidos no newtonianos, por otro lado, son aquellos cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se les aplica, y no tienen un valor de viscosidad definido y constante. Esto significa que la sangre, pasta de dientes, leche, relaves, yogurt, mermelada y miel son ejemplos de fluidos no newtonianos.
Los fluidos no newtonianos no se rigen por las ecuaciones de Navier-Stokes y requieren de un ensayo reológico para conocer sus características. La rama que estudia los fluidos no newtonianos es la reología.
En la industria es importante conocer el comportamiento de los fluidos no newtonianos al desarrollar simulaciones con herramientas de CFD. Los médicos en otros países también están desarrollando simulaciones con fluidos newtonianos y no newtonianos, como el comportamiento de la sangre o el aire que se respira.
Pseudoplásticos
Dentro del grupo de los fluidos no newtonianos, encontramos un tipo conocido como pseudoplásticos, los cuales son aquellos fluidos que disminuyen su viscosidad al aumentar la velocidad de deformación aplicada. Estos incluyen jabones y pasta de dientes, alimentos como mantequilla, queso, mayonesa y yogur, la salsa de tomate, caramelos masticables, lodo y cemento, y sustancias naturales como el magma y la lava.
En el caso de los pseudoplásticos, la viscosidad disminuye a medida que se aplica presión o esfuerzo sobre ellos, lo que les permite fluir más fácilmente. Este tipo de fluidos se utilizan en la industria de alimentos y cosméticos, donde es necesario que los productos tengan una consistencia suave y cremosa.
Dilatantes
Otra clase de fluidos no newtonianos son los llamados fluidos dilatantes, los cuales aumentan su viscosidad a medida que se aplica presión o esfuerzo sobre ellos. Ejemplos de fluidos dilatantes incluyen la maicena y las soluciones de polímeros.
Cuando se aplica presión a un fluido dilatante, las partículas del fluido se agrupan más cerca, lo cual aumenta su viscosidad y hace que se vuelvan más sólidos. Un ejemplo cotidiano de un fluido dilatante es mezclar maicena con agua: el líquido resultante se vuelve más espeso y difícil de mover cuanto más fuerza se aplica.
Tixotrópicos
También hay una categoría de fluidos no newtonianos conocida como tixotrópicos, los cuales son aquellos que experimentan una disminución en la viscosidad con el tiempo. Ejemplos de tixotrópicos incluyen la arcilla y algunos tipos de pintura.
Cuando se le aplica esfuerzo a un fluido tixotrópico, como agitar o mezclar la pintura, se vuelve más fluido y menos viscoso; sin embargo, con el tiempo, vuelve a su estado original de alta viscosidad. Una analogía útil para entender esto es pensar en la talla de un par de zapatos nuevos: al principio, pueden sentirse ajustados y duros, pero con el uso y el tiempo, el cuero se afloja y se vuelven más cómodos.
Conclusión
En resumen, la diferencia entre los fluidos newtonianos y no newtonianos radica en cómo fluyen y cambian su viscosidad en respuesta a la tensión cortante. Los fluidos newtonianos tienen una viscosidad constante y se rigen por la Ley de Viscosidad de Newton, mientras que los no newtonianos varían en viscosidad y no siguen esta Ley. Es importante comprender la naturaleza de los fluidos que nos rodean para entender cómo fluyen, se comportan y pueden ser utilizados en diferentes industrias, desde la alimentaria hasta la medicina.
