Fluidos dilatantes

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Los fluidos dilatantes ( materiales dilatantes ) son materiales en los que la viscosidad aumenta al aumentar la velocidad de deformación por cizallamiento . Tales fluidos son un tipo de fluidos no newtonianos .

El efecto dilatante se observa en aquellos materiales en los que las partículas densamente espaciadas se mezclan con un líquido que llena el espacio entre las partículas. A velocidades de cizallamiento bajas de las capas de material entre sí, el líquido actúa como lubricante y el material dilatante puede fluir fácilmente. A altas velocidades, el líquido no tiene tiempo para llenar los espacios libres formados entre las partículas en movimiento y, por lo tanto, la fricción entre las partículas aumenta mucho, lo que conduce a un aumento de la viscosidad. [1] Este efecto se puede observar fácilmente en una mezcla de maicena y agua [2] que se comporta de manera paradójica cuando se golpea o se lanza contra su superficie. La arena completamente humedecida con agua también se comporta como un material dilatante. Por eso, cuando paseas por la playa después de la lluvia, puedes observar arena seca en aquellos lugares donde ha pisado el pie (debajo de la capa de arena mojada hay una zona de arena seca, debido a que las gotas de lluvia, golpeando la arena ya mojada, no puede penetrar profundamente en el -debido a las propiedades dilatantes de la arena mojada) [3] . Por las mismas razones, las huellas de una persona que corre rápido sobre arena mojada son mucho más débiles que sobre arena seca, por supuesto, en este caso, la manifestación del efecto depende en gran medida del peso del corredor.

Modelo matemático

Para describir la dependencia del esfuerzo cortante del esfuerzo cortante de los fluidos dilatantes, se utiliza la ley de potencia de Ostwald: donde es el coeficiente de consistencia, es el índice de flujo, que determina el aumento de la viscosidad efectiva con el aumento de la velocidad de corte [4] .

Aplicación

Control de tracción

Algunos sistemas AWD usan acoplamientos viscosos llenos de un fluido dilatante para transferir potencia entre las ruedas delanteras y traseras. Al conducir por una carretera con buen agarre entre las ruedas y la superficie de la carretera, el comportamiento de conducción de las ruedas delanteras y traseras es el mismo y, por lo tanto, la mezcla del líquido en el embrague es muy débil, tiene buena fluidez y poca la potencia se transmite a través del embrague de una rueda a otra. Cuando las ruedas delanteras comienzan a patinar, aumenta la velocidad de las capas de fluido en el acoplamiento viscoso, lo que conduce a un espesamiento de este fluido. Como resultado, se transmite más torque a través del embrague desde las ruedas traseras. En dicho dispositivo, el líquido puede solidificarse casi por completo y, al mismo tiempo, el par máximo se transmite a través del acoplamiento. El operador no participa en la gestión del proceso descrito de ninguna manera. Los sistemas descritos se utilizan en vehículos diseñados para circular tanto en carretera como fuera de ella.

Chalecos antibalas

Algunas organizaciones gubernamentales y corporaciones utilizan materiales dilatantes en el desarrollo de chalecos antibalas y otros dispositivos de protección para el cuerpo humano.

En un estudio, se comparó el tejido de Kevlar estándar con una armadura compuesta hecha de Kevlar y un fluido dilatante. Los resultados mostraron que la armadura compuesta funcionó mejor que el Kevlar puro, a pesar de que el grosor del compuesto era menos de un tercio del de Kevlar puro. [5]

Ejemplos del uso de materiales dilatantes en equipos de protección personal incluyen d3o ( inglés ) y el Active Protection System [6] fabricado por Dow Corning .

Véase también

Notas

  1. ↑ Enciclopedia de mecánica de fluidos: reología y flujos no newtonianos  / Cheremisihoff, Nicholas P. - Houston, Texas: Gulf Publishing Company, 1988. - vol. 7.
  2. ↑ Youtube Cornstarch science https://www.youtube.com/watch?v=vCHPo3EA7oE Archivado el 6 de abril de 2018 en Wayback Machine .
  3. ↑ Youtube Wet Sand Science https://www.youtube.com/watch?v=B_qRh5Y-hO8 Archivado el 10 de marzo de 2016 en Wayback Machine .
  4. ↑ Gusev Yu.I., Karasev I.N., Kolman-Ivanov E.E. Diseño y cálculo de máquinas para producción química. - M., Mashinostroenie, 1985. - pág. 142 - 143
  5. ↑ La armadura líquida 'puede detener las balas' , BBC News  (9 de julio de 2010).
  6. ↑ Sistema de protección activa Dow Corning®

Enlaces

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