Fluido Plástico de Bingham: Aprende sobre reología, tensión de fluencia y viscosidad en estos fluidos que no fluyen hasta superar una tensión crítica.
Fluido Plástico de Bingham | Reología, Tensión de Fluencia y Viscosidad
La reología es la ciencia que estudia el comportamiento del flujo y la deformación de materiales, incluidos líquidos, sólidos y viscoelásticos. Entre los fluidos no newtonianos, el fluido plástico de Bingham es una categoría clave. Este tipo de fluido no comienza a fluir hasta que se le aplica una tensión superior a un cierto valor crítico conocido como tensión de fluencia \((\tau_0)\).
Teoría del Fluido Plástico de Bingham
El modelo del fluido plástico de Bingham lleva el nombre del científico británico Eugene C. Bingham, quien propuso que ciertos materiales no fluyen a menos que se les aplique una tensión de fluencia mínima. Podemos observar este comportamiento en materiales comunes como la pasta de dientes y ciertos tipos de lodos y suspensiones.
El material plástico de Bingham se caracteriza por tener una tensión de fluencia \((\tau_0)\) y una viscosidad de Bingham \((\eta_B)\), que juntas definen su comportamiento reológico. La relación entre la tensión cortante aplicada \((\tau)\) y la velocidad de deformación \((\dot{\gamma})\) se describe mediante la siguiente ecuación:
\(\tau = \tau_0 + \eta_B * \dot{\gamma}\)
Donde:
Ejemplos de Fluidos Plásticos de Bingham
Un fluido plástico de Bingham clásico es la pasta de dientes. Cuando aplicas una pequeña presión al tubo, la pasta no fluye al principio. Solo después de alcanzar un umbral de presión, el material comienza a salir del tubo. Otros ejemplos incluyen:
Comportamiento vs. Fluidos Newtonianos y No Newtonianos
Es crucial entender cómo los fluidos plásticos de Bingham se diferencian de otros fluidos. En los fluidos newtonianos, como el agua, la tensión cortante es directamente proporcional a la velocidad de deformación, lo que se describe mediante la ley de Newton de la viscosidad:
\(\tau = \eta * \dot{\gamma}\)
Donde \(\eta\) es la viscosidad dinámica.
En contraste, los fluidos plásticos de Bingham requieren una tensión inicial (\(\tau_0\)) antes de que comience a fluir. Otros tipos de fluidos no newtonianos incluyen:
Cálculo de Viscosidad en Fluidos Plásticos de Bingham
Para entender mejor el comportamiento de los fluidos plásticos de Bingham, se suele realizar el análisis reológico en un reómetro, un dispositivo que mide la tensión cortante y la velocidad de deformación. Los datos obtenidos se pueden utilizar para trazar una curva de flujo, lo que ayuda a identificar \(\tau_0\) y \(\eta_B\). La viscosidad aparente \((\eta_{app})\) de un fluido plástico de Bingham se puede definir como:
\(\eta_{app} = \frac{\tau}{\dot{\gamma}} = \frac{\tau_0 + \eta_B \dot{\gamma}}{\dot{\gamma}}\)
En esta relación, cuando \(\dot{\gamma}\) es muy pequeño, la viscosidad aparente es dominada por \(\tau_0\), mientras que a altas velocidades de deformación, \(\eta_{app}\) tiende a ser aproximadamente igual a \(\eta_B\).
Aplicaciones y Usos Prácticos
Los fluidos plásticos de Bingham tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores industriales debido a su comportamiento reológico particular. Estos incluyen: