O que são fluidos newtonianos e não newtonianos

Você já se perguntou sobre os diferentes tipos de fluidos?

Fluidos são substâncias que podem fluir e deformar sob pressão. Eles vêm em duas categorias principais: newtonianos e não newtonianos.

Os fluidos newtonianos têm uma viscosidade constante, enquanto os fluidos não newtonianos mudam sua viscosidade sob tensão.

O que é fluido newtoniano

Um fluido newtoniano é um tipo de fluido que exibe uma relação linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. Esta relação permanece constante independentemente da força aplicada.

Os fluidos newtonianos seguem a lei da viscosidade de Newton, que afirma que a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à taxa de deformação de cisalhamento. Este comportamento é caracterizado por um coeficiente de viscosidade constante.

Principais características do fluido newtoniano

Viscosidade Constante

A viscosidade de um fluido newtoniano permanece constante sob diferentes taxas de cisalhamento. Esta propriedade distingue os fluidos newtonianos de seus equivalentes não newtonianos.

Independentemente da força aplicada, a resistência do fluido ao fluxo permanece inalterada. Esta característica torna os fluidos newtonianos previsíveis e mais fáceis de modelar matematicamente.

Relação linear

Os fluidos newtonianos exibem uma relação linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. Esta relação é representada por uma linha reta em um gráfico que representa a tensão de cisalhamento em relação à taxa de cisalhamento.

A inclinação desta linha representa a viscosidade do fluido. Para fluidos newtonianos, esta inclinação permanece constante em uma ampla faixa de taxas de cisalhamento.

Exemplos de fluido newtoniano

• Água: A água é o exemplo mais comum de fluido newtoniano. Sua viscosidade permanece constante em condições normais, tornando-o ideal para diversas aplicações em mecânica de fluidos.
• Ar: O ar, como a maioria dos gases, comporta-se como um fluido newtoniano em condições normais. Sua viscosidade é independente da taxa de cisalhamento, permitindo características de fluxo consistentes em processos atmosféricos e aplicações aerodinâmicas.
• Mel: Apesar de sua alta viscosidade, o mel apresenta comportamento newtoniano. Suas propriedades de fluxo permanecem consistentes independentemente da força aplicada, tornando-o um exemplo único de fluido newtoniano viscoso.

O que são fluidos não newtonianos

Fluidos não newtonianos são fluidos complexos que não seguem a lei da viscosidade de Newton. Sua viscosidade muda com a taxa de cisalhamento ou tensão aplicada.

Ao contrário dos fluidos Newtonianos, que mantêm uma viscosidade constante, os fluidos não Newtonianos exibem viscosidade variável sob diferentes condições de fluxo. Este comportamento resulta de suas estruturas moleculares complexas ou partículas suspensas.

Tipos de fluidos não newtonianos

Fluidos Independentes do Tempo

Esses fluidos apresentam alterações imediatas na viscosidade com a taxa de cisalhamento, independentemente da duração da aplicação do cisalhamento.

• Fluidos de desbaste por cisalhamento (pseudoplásticos): Os fluidos de diluição por cisalhamento apresentam uma diminuição na viscosidade à medida que a taxa de cisalhamento aumenta. Exemplos comuns incluem ketchup, tinta e sangue.
• Fluidos de espessamento de cisalhamento (dilatantes): Fluidos espessantes de cisalhamento exibem um aumento na viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento. Misturas de amido de milho e água e algumas soluções poliméricas apresentam esse comportamento.
• Rendimento de fluidos de estresse: Esses fluidos requerem uma tensão mínima (tensão de escoamento) para iniciar o fluxo. Pastas de dente e cimento são exemplos de fluidos com tensão de escoamento.

Fluidos Dependentes do Tempo

A viscosidade desses fluidos muda com a taxa de cisalhamento e com a duração da aplicação do cisalhamento.

• Fluidos Tixotrópicos:
  Os fluidos tixotrópicos apresentam uma diminuição na viscosidade ao longo do tempo quando submetidos a cisalhamento constante. Muitos géis e suspensões exibem comportamento tixotrópico.
• Fluidos Reopéticos: Os fluidos reopéticos experimentam um aumento na viscosidade ao longo do tempo sob cisalhamento constante. Este comportamento é menos comum, mas pode ser observado em alguns lubrificantes.

Fluidos Viscoelásticos

Os fluidos viscoelásticos exibem propriedades viscosas e elásticas. Eles mostram recuperação elástica parcial após a remoção do estresse.

Soluções poliméricas e alguns fluidos biológicos, como o líquido sinovial, apresentam comportamento viscoelástico.

Exemplos de fluidos não newtonianos

• Fluidos Biológicos: O sangue é um excelente exemplo de fluido não newtoniano no corpo humano. Sua viscosidade diminui com o aumento da taxa de cisalhamento, facilitando o fluxo através dos vasos sanguíneos.
• Polímeros e soluções poliméricas: Muitas soluções poliméricas exibem comportamento não newtoniano. Suas estruturas moleculares complexas levam a viscosidades dependentes de cisalhamento.
• Suspensões: As suspensões de partículas geralmente apresentam características não newtonianas. A interação entre as partículas e o meio de suspensão resulta em comportamentos de fluxo complexos.
• Produtos alimentícios: Vários alimentos, como maionese, iogurte e mel, apresentam propriedades não newtonianas.
• Fluidos Industriais: Lamas de perfuração, lubrificantes e tintas são exemplos de fluidos não newtonianos amplamente utilizados em aplicações industriais.

Principais diferenças entre fluidos newtonianos e não newtonianos

Resposta da viscosidade ao estresse aplicado

Os fluidos newtonianos mantêm a viscosidade constante, independentemente da tensão aplicada. Fluidos não newtonianos exibem viscosidade variável dependendo da taxa de cisalhamento.

Comportamento e padrões de fluxo

Os fluidos newtonianos demonstram uma relação linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. Fluidos não newtonianos apresentam comportamento não linear.

Alguns fluidos não newtonianos apresentam propriedades de afinamento ou espessamento de cisalhamento. Isto afeta suas características de fluxo sob diferentes condições.

Desafios no manuseio de fluidos não newtonianos

O processamento de fluidos não newtonianos requer equipamentos e técnicas especializadas. Sua viscosidade variável complica as previsões de vazão e a eficiência da bomba.

Fundamentos da Mecânica dos Fluidos

Tensão de cisalhamento

A tensão de cisalhamento é uma força aplicada paralelamente à superfície de um material. Na mecânica dos fluidos, ocorre quando camadas adjacentes de fluido se movem em velocidades diferentes. Isso cria um efeito de fricção entre as camadas.

A magnitude da tensão de cisalhamento depende das propriedades do fluido e do gradiente de velocidade. Ele desempenha um papel crucial na determinação do comportamento do fluido, especialmente em fluidos newtonianos não ###.

Taxa de cisalhamento

A taxa de cisalhamento mede a rapidez com que as camadas adjacentes de fluido se movem umas sobre as outras. Representa a taxa de variação da velocidade perpendicular à direção do cisalhamento.

No escoamento em tubo, a taxa de cisalhamento varia ao longo do diâmetro do tubo. É mais alto perto das paredes do tubo e mais baixo no centro. Esta variação afeta as características de fluxo do fluido.

Viscosidade

A viscosidade quantifica a resistência de um fluido ao fluxo. Descreve o atrito interno de um fluido em movimento. Fluidos de maior viscosidade, como o mel, fluem mais lentamente do que fluidos de menor viscosidade, como a água.

A viscosidade pode ser categorizada como dinâmica ou cinemática. A viscosidade dinâmica relaciona a tensão de cisalhamento com a taxa de cisalhamento. A viscosidade cinemática é a razão entre a viscosidade dinâmica e a densidade do fluido.

Para concluir

Os fluidos newtonianos e não newtonianos diferem em seu comportamento sob estresse. Compreender essas propriedades é crucial em vários setores e na vida cotidiana.

Explore mais para descobrir como esses fluidos afetam o ambiente ao seu redor. Compartilhe seu novo conhecimento com outras pessoas para despertar a curiosidade sobre a dinâmica dos fluidos.