Viscosidad dependiente del tiempo

En mecánica de medios continuos , la viscosidad dependiente del tiempo es una propiedad de los fluidos cuya viscosidad cambia en función del tiempo. El tipo más común de esta es la tixotropía , en la que la viscosidad de los fluidos sometidos a un esfuerzo cortante continuo disminuye con el tiempo; lo opuesto es la reopectía , en la que la viscosidad aumenta con el tiempo.

Algunos fluidos pseudoplásticos no newtonianos muestran un cambio en la viscosidad que depende del tiempo y un comportamiento de tensión-deformación no lineal en el que cuanto más tiempo se somete el fluido a una tensión de corte , menor es su viscosidad. Un fluido tixotrópico es aquel que tarda un tiempo en alcanzar el equilibrio de viscosidad cuando se le aplica un cambio brusco en la velocidad de corte. Cuando el corte en un fluido tixotrópico supera un cierto umbral, se produce una ruptura de la microestructura del fluido y la exhibición de una propiedad de pseudoplástico .

Ciertos geles o fluidos que son espesos (viscosos) en condiciones estáticas comenzarán a diluirse y fluir cuando se los sacude, agita o somete a cualquier otra tensión. Cuando cesa la tensión, regresan a su estado más viscoso después de un tiempo. Algunos fluidos tixotrópicos vuelven a un estado de gel casi instantáneamente, como el kétchup, y se denominan fluidos pseudoplásticos . Otros, como el yogur, tardan mucho más y pueden volverse casi sólidos. Muchos geles y coloides son materiales tixotrópicos, que exhiben una forma estable en reposo pero se vuelven cada vez más fluidos cuando se agitan.

El citoplasma , el líquido sinovial (que se encuentra en las articulaciones entre algunos huesos) y la sustancia fundamental del cuerpo humano son todos tixotrópicos, al igual que el semen . ^[1] Algunas variedades de miel (por ejemplo, la miel de brezo ) pueden exhibir tixotropía en determinadas condiciones.

Algunas arcillas (incluidas la bentonita y la montmorillonita ) presentan tixotropía, al igual que ciertos depósitos de arcilla que se encuentran en cuevas (los arroyos subterráneos de flujo lento tienden a formar capas de sedimentos de grano fino en bancos de lodo que inicialmente parecen secos y sólidos, pero luego se vuelven húmedos y blandos cuando se excavan o se alteran de alguna otra manera). Los lodos de perforación utilizados en aplicaciones geotécnicas pueden ser tixotrópicos.

Los procesos de fundición semisólida, como el moldeo por tixomoldeo, aprovechan al máximo la propiedad tixotrópica de algunas aleaciones (principalmente metales ligeros , p. ej., bismuto ). Dentro de ciertos rangos de temperatura y con la preparación adecuada, estas aleaciones se pueden inyectar en moldes en estado semisólido, lo que da como resultado una pieza fundida con menos contracción y otras propiedades superiores a las fundidas en procesos de moldeo por inyección normales .

Las pastas de soldadura utilizadas en los procesos de impresión para la fabricación de productos electrónicos son tixotrópicas.

Muchos tipos de pinturas y tintas (por ejemplo, los plastisoles utilizados en la serigrafía textil ) presentan propiedades tixotrópicas. En muchos casos, es deseable que una tinta o pintura fluya lo suficientemente rápido como para formar una capa uniforme, pero que luego resista un mayor flujo (lo que en superficies verticales puede provocar desprendimientos). Las tintas tixotrópicas que recuperan rápidamente una alta viscosidad se utilizan en los procesos de impresión de tipo CMYK ; esto es necesario para proteger la estructura de los puntos para una reproducción precisa del color.

El líquido fijador de roscas es un adhesivo tixotrópico que cura anaeróbicamente.

La tixotropía se ha propuesto como explicación científica de los milagros de licuefacción de sangre , como el de San Jenaro en Nápoles . ^[2]

Otros ejemplos de fluidos tixotrópicos son la gelatina , la manteca vegetal , la crema , las soluciones de goma xantana , los geles acuosos de óxido de hierro , los geles de pectina , el aceite de ricino hidrogenado , la suspensión de negro de carbón en caucho de neumáticos fundido, muchas suspensiones de flóculos y muchas suspensiones coloidales.

Los fluidos reopécticos , que son básicamente el espejo de la tixotropía, son una clase aún más rara de fluidos no newtonianos que exhiben un aumento de viscosidad dependiente del tiempo; se espesan o solidifican cuando se agitan. Cuanto más tiempo se someten a una fuerza de cizallamiento , mayor se vuelve su viscosidad ^[3] , ya que la microestructura de un fluido reopéctico se construye bajo un cizallamiento continuo (posiblemente debido a la cristalización inducida por el cizallamiento).

Los ejemplos de fluidos reopécticos incluyen algunas pastas de yeso , tintas de impresora y lubricantes .

También se están llevando a cabo investigaciones intensas sobre materiales reopécticos, especialmente en relación con sus posibles usos en la absorción de impactos . Además de las obvias posibles aplicaciones militares, los acolchados y las armaduras reopécticos podrían ofrecer ventajas significativas sobre los materiales alternativos que se utilizan actualmente en una amplia gama de campos, desde artículos deportivos y calzado deportivo hasta paracaidismo y seguridad en automóviles.

Se pueden obtener conocimientos adicionales sobre la reopectia y los posibles usos de los fluidos reopécticos mediante una mayor investigación sobre la física de la histéresis . ^[4]

• Dinámica de fluidos
• Viscosidad
• Reopectía : Cuanto más tiempo se somete el fluido a una fuerza de cizallamiento, mayor es la viscosidad. Comportamiento de espesamiento por cizallamiento dependiente del tiempo.
• Tixotropía : cuanto más tiempo se somete un fluido a una fuerza de cizallamiento, menor es su viscosidad. Se trata de un comportamiento pseudoplástico dependiente del tiempo.
• Engrosamiento por cizallamiento : Similar a la reopectomía, pero independiente del paso del tiempo.
• Reducción por cizallamiento : similar a la tixotropía, pero independiente del paso del tiempo.

• JR Lister y HA Stone (1996). Deformación viscosa dependiente del tiempo de una gota en un fluido denso que gira rápidamente. Journal of Fluid Mechanics, 317, pp 275–299 doi:10.1017/S0022112096000754
• Reiner, M., y Scott Blair, Terminología reológica, en Rheology , vol. 4, págs. 461, (Nueva York: Achedemic Press, 1967)
• Harlow, Francis H.; Welch, J. Eddie (1965). "Cálculo numérico del flujo viscoso incompresible dependiente del tiempo de un fluido con superficie libre". Física de fluidos . 8 (12): 2182. doi :10.1063/1.1761178 . Consultado el 25 de mayo de 2014 .