Fluidos Plásticos de Bingham se comportan como sólidos hasta que se supera una tensión de cedencia, luego fluyen como fluidos viscosos; usados en alimentos, petróleo y residuos.
Fluidos Plásticos de Bingham: Tensión de Cedencia y Aplicaciones Industriales
En el campo de la ingeniería térmica, los fluidos juegan un papel crucial en una variedad de aplicaciones industriales. Un tipo específico de fluido, conocido como fluido plástico de Bingham, se caracteriza por su comportamiento único relacionado con la tensión de cedencia. En este artículo, exploraremos qué son los fluidos plásticos de Bingham, qué es la tensión de cedencia y sus aplicaciones industriales más comunes.
¿Qué es un Fluido Plástico de Bingham?
Un fluido plástico de Bingham es un tipo especial de fluido no Newtoniano. A diferencia de los fluidos Newtonianos, cuyos esfuerzos cortantes son directamente proporcionales a la tasa de deformación, los fluidos plásticos de Bingham presentan un comportamiento más complejo.
- Para que un fluido plástico de Bingham comience a fluir, se debe aplicar una tensión mínima conocida como tensión de cedencia.
- Una vez superada esta tensión umbral, el fluido se comporta similar a un fluido viscoso lineal, donde el esfuerzo cortante es proporcional a la tasa de deformación.
Ecuación del Modelo de Bingham
El comportamiento de un fluido plástico de Bingham se puede describir matemáticamente mediante la siguiente ecuación:
\[ \tau = \tau_0 + \mu_p \left(\frac{du}{dy}\right) \]
donde:
- \(\tau\) = esfuerzo cortante
- \(\tau_0\) = tensión de cedencia
- \(\mu_p\) = viscosidad plástica
- \(\frac{du}{dy}\) = gradiente de velocidad o tasa de deformación
En resumen, \(\tau\) es la combinación de la tensión de cedencia \(\tau_0\) y el producto de la viscosidad plástica \(\mu_p\) con la tasa de deformación \(\frac{du}{dy}\).
Tensión de Cedencia
La tensión de cedencia (\(\tau_0\)) es la cantidad mínima de esfuerzo cortante que se debe aplicar para que el fluido comience a fluir. Antes de alcanzar esta tensión, el fluido actúa más como un material sólido.
- Si el esfuerzo aplicado es menor que \(\tau_0\), el flujo no ocurrirá.
- Una vez que \(\tau_0\) es superada, el comportamiento del flujo se puede modelar como un fluido con viscosidad constante.
Aplicaciones Industriales
Los fluidos plásticos de Bingham tienen aplicaciones industriales importantes debido a sus propiedades únicas. Algunas de estas aplicaciones incluyen:
- Industria de alimentos: Muchos productos alimenticios como salsas y pastas requieren ciertas propiedades para mantener su consistencia y textura. La tensión de cedencia ayuda a mantener la forma y evitar el deslizamiento bajo condiciones normales.
- Industria del petróleo: Los fluidos de perforación a menudo actúan como plásticos de Bingham. Estos fluidos deben resistir el flujo bajo condiciones de baja tensión, pero fluir fácilmente durante el bombeo.
- Tratamiento de residuos: Los lodos en el tratamiento de aguas residuales pueden comportarse como fluidos plásticos de Bingham, permitiendo una manipulación y transporte más eficientes.
Conclusión
Los fluidos plásticos de Bingham y su tensión de cedencia desempeñan un papel vital en diversas aplicaciones industriales. Entender su comportamiento no solo es crucial para la ingeniería térmica, sino también para optimizar procesos en sectores como la alimentación, el petróleo y el tratamiento de residuos. Con un conocimiento adecuado, los ingenieros pueden diseñar sistemas más eficientes y eficaces que aprovechen las propiedades únicas de estos fluidos.
