INQU4010 Fluid Mechanics

Silly Putty is a famous toy around the world but little is known that is a non Newtonian fluid accidently created by James Wright in 1943.  He dropped boric acid into silicon oil creating polymer later called silly putty.  It was thought to be a replacement of rubber but it stretched way too much and bounced more than rubber even at extreme temperatures.  Silly Putty is a viscoelastic liquid due to the ingredient polydimethylsiloxane (PDMS).  It has covalent bonds within the polymer buy easily breakable hydrogen bonds.  So when a small force is applied a few bonds are broken acting like a fluid but more with more force it acts like a solid because non Newtonian fluids show an increase in viscosity with time under a constantly applied stress. They resist flow dependent on the velocity of flow and thus with more force, more solid it becomes, it fights back.

Silly putty can be broken if it is smack with a hammer instead of pulling because it will behave as its glass transition temperature has been raised, in other words behaving like a glass on impact. Another fact of silly putty is that is a good adhesive but will dissolve in contact with an alcohol.  It’s a good stress reliever by bouncing and the ability to gain its shape again.  Silly putty is used in medical and scientific applications including by Apollo astronauts to secure their tools in zero gravity.

references:

http://chemistry.about.com/od/everydaychemistry/a/sillyputty_3.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Silly_Putty

http://lifehackery.com/2008/11/17/art-design-10/

Teoría del caos

Los modelos matemáticos del flujo establecidos son bastantes deficientes por lo tanto están buscando nuevos modelos para poder predecir mejor el mismo. La teoría que se utiliza para crear este nuevo modelo se llama la teoría del caos estudia el comportamiento aperiódico e inestable en sistemas dinámicos deterministas no lineales. Los sistemas deterministas se pueden definir con las ecuaciones de Navier-Stokes y produce un comportamiento inestable, impredecible e irregular. Esta es la razón primordial de que la mecánica de fluidos moderna sea tan compleja. Aunque todavía están en investigaciones han hecho algunas observaciones sobre cómo se debe formular el movimiento de un fluido de forma más realista.

Las observaciones son las siguientes: el flujo se debe tratar como una onda y no como partículas ya que el termino de partículas en un flujo no está bien definido al contrario de la onda ya que el movimiento y la materia es en ondas por tanto el flujo se puede tratar como una onda. Por esta razón se debe crear un modelo holográfico de onda dinámica. Pero esta escala debe ser armónicamente análoga al sistema de onda real esto se puede lograr utilizando un modelo de onda que utilice las mismas ondas pero a menor escala. Ya que si no se hace de ese modo los resultados no van a ser los mismos. Aunque no van a ser exactos van a ser bien parecidos.

Referencias:

http://www.meridian-int-res.com/Aeronautics/Chaos.pdf

Un fluido supercrítico es una sustancia que se encuentra en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto crítico. El punto crítico representa la temperatura y la presión más elevadas a las que una sustancia puede existir como gas y como líquido en equilibrio. Un fluido supercrítico tiene la habilidad única de actuar como un gas (difundiéndose a través de sólidos) y como un líquido (disolviendo materiales). Además, puede fácilmente variar de densidad debido a cambios menores en la temperatura o presión.

Un ejemplo clásico de un fluido supercrítico es el dióxido de carbono este se comporta como un gas en el aire, como un sólido al ser congelado y por encima de su temperatura y presión crítica se comporta como un fluido supercrítico, y puede adoptar propiedades a medio camino entre un gas y un líquido.

Tabla 1. Principales fluidos supercríticos

La busqueda por una mejor salud ha llevado a las personas a querer alimentos más saludables y naturales. Para esto se ha utilizado la técnica extracción convencional de sólido-líquido con disolventes orgánicos pero los resultados de esta causan producción de residuos no deseables. Por otro lado encontramos  La extracción supercrítica de fluidos la extracción de gas supercrítico, y la extracción de gas denso son términos alternativos a nombre de la operación de un líquido a temperaturas y presiones cerca del punto crítico. En comparación con disolventes convencionales, orgánicos líquidos, fluidos supercríticos tienen una difusividad de mayor y menor densidad, viscosidad y tensión superficial. Siendo el CO2 el más utilizado. Por el sin número de ventajas que presenta:

1. Poseen alto coeficiente de difusión y viscosidad más baja que los líquidos; 2. Ausencia de tensión superficial, la cual aumenta la operación de extracción dada la rápida penetración de estos al interior de los poros de la matriz heterogénea; 3. La selectividad durante la extracción puede ser manipulada dada la variación de las diferentes condiciones de operación temperatura y presión afectando la solubilidad de varios componentes en el fluido supercrítico; 4. La extracción con fluidos supercríticos no deja residuos químicos; 5. La extracción con CO₂ supercrítico permite su fácil recuperación por procesos de reciclaje; 6. Bajo costo a niveles de pureza alto. El CO₂ supercrítico también ha sido usado en innumerables aplicaciones industriales que incluyen diferentes campos como: alimentos, agricultura, acuicultura, pesticidas, procesos microbianos, petroquímica y farmacéutica

Uno de los usos que se le ha dado esta técnica es en el área de alimentos en la extracción y purificación de compuestos con actividad de antioxidante la cual nos ayuda contra enfermedades como cáncer, protege la comida de oxidación y aumenta las defensas.

Otro ejemplo también lo es la eliminación de la cafeína de las semillas verdes del café es una de las aplicaciones más clásicas de la técnica de extracción que estamos comentando. A 259 atmósferas de presión el dióxido de carbono supercrítico actúa sobre las semillas humedecidas de los granos verdes de café de un modo muy específico, disolviendo la cafeína sin tener casi efecto sobre el resto de los componentes. Adicionalmente, el dióxido de carbono se hace recircular sobre carbón activado, que adsorbe sobre su superficie a la cafeína. En 5-8 horas, usando temperaturas moderadas de extracción, se puede conseguir una adecuada eliminación de la cafeína superior al 99%.

Referencia:

http://www.ainia.es/HTML/envios/ainiainfo/fluidos_supercriticos_ainia.htm?gad=CPz5y8YCEgiyh7DLAK9yoRiQ_fP-AyCoheYc

http://www.cienciahoy.org.ar/hoy43/fluid3.htm

http://library.uprm.edu:2063/doi/full/10.1021/jf052858j

En dinámica de fluidos, el coeficiente de arrastre es una cantidad adimensional que se utiliza para cuantificar la resistencia de un objeto en un fluido como el aire o el agua. Se utiliza en la ecuación de arrastre, donde un menor coeficiente de arrastre indica el objeto tendrá menos resistencia aerodinámica o hidrodinámica. El coeficiente de resistencia se asocia siempre con una superficie en particular.

Podemos ver que para figuras con superficies planas (cuadradas) perpendiculares al flujo tenemos un coeficiente de arrastre alto  (ejemplo: 2.1 para un ladrillo liso) forma la cual observe peculiar en muchas de las misteriosas rocas.

En Racetrack Playa en el Valle de la Muerte, California, rocas grandes y pequeñas se deslizan por un paisaje  plano, dejando tras de sí una colección de senderos. Nadie aun ha podido apreciar este fenómeno y científicos aun no tienen certeza de cómo ocurre. No han encontrado rastros de efectos de gravedad, de ayuda de animales/personas, nada de campos eléctricos y nada de inclinación ya que es uno de los lugares más planos del planeta donde la inclinación es de apenas alrededor de una pulgada en toda su longitud de 4,5 millas, y en cambio la tendencia de movimiento de las rocas es hacia arriba de la inclinación.

Las sigilosas rocas andantes varían en peso desde menos de 1 libra, de 25-30 (la mayoría) y la mas pesada encontrada es de casi 700 libras!!!!

Se necesita gran fuerza para mover tales rocas, asi que el sospechoso #1 en este dilema lo es…EL VIENTO DE LA PLAYA. Este puede alcanzar velocidades de hasta 150 millas, pero aun así no es suficiente. Debe haber un factor de reducción de fricción.

Se descubrió que la arcilla al mojarse crea una pequeña película resbalosa, pero aun así no sería suficiente para mover algunas rocas. Aquí es donde encontraron que la ayuda probablemente proviene de la ayuda del hielo…si del hielo! El deshielo de las montañas llega a la zona creando así piscinas. Estas capas de agua se congelan gracias a las frías temperaturas de la noche. Con esto y con la ayuda del viento podrían mover las rocas? Experimentos revelan que NO!

Ahora bien la teoría fue refina y modelada diciendo que collares de hielo se pueden formar alrededor de las partes inferiores de las piedras, probablemente debido a que la masa de una roca conserva el frío. Cuando el agua se mueve más en el cuello ayudaría a que la roca flotara parcialmente, por lo que incluso una pesada roca podría deslizarse cuando sopla el viento.

Otra teoría es la que postula que las rocas se mueven por regelación. La regelación es causada por una diferencia de presión en los dos lados de un objeto. Agua por un lado con restos de líquido y las fugas de vuelta para el otro lado, atrapando burbujas de aire en la parte segunda, donde se forma el hielo. Esto podría explicar cómo se mueven las grandes rocas.

Aun así esto es son hipótesis, pero a mi parecer me parece muy intrigante. De lo que estamos seguros es que LA FUERZA DE ARRASTRE tiene un rol importante en este misterioso y peculiar fenómeno.

Noticia: http://www.vistaalmar.es/content/view/1220/205/

Referencias: http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient

La capilaridad  es una propiedad física que permite el ascenso de líquidos en  canales o tubos muy delgados. Las fuerzas adhesivas entre el líquido y las paredes del tubo tienden a aumentar el área superficial del líquido. La tensión superficial del líquido tiende a reducir el área y por consiguiente impulsa el ascenso del líquido.

Para poder observar este fenómeno se puede hacer un pequeño experimento en el cual se necesitan 3 tubos con diferentes diámetros y un envase lleno de agua. Cuando se sumergen parcialmente los tres tubos, se observa que el tubo con menor diámetro obtuvo un mayor ascenso de líquido, mientras que en los tubos con mayor diámetro el líquido no obtuvo un gran desplazamiento. La altura a la que llega el líquido, dependerá de la energía superficial del sólido y la tensión superficial del liquido que se está utilizando. La capilaridad se define en función de la altura a la que es capaz de llegar ese líquido.

En fin podemos concluir que a menor diámetro, mayor altura alcanza el líquido. Esto es, el diámetro está en proporción inversa a la ascensión capilar del líquido

Esta propiedad física es de suma importancia para mantener la vida en la tierra. La capilaridad es una propiedad  física que posee el agua la cual regula parcialmente  su ascenso dentro de las plantas sin gastar energía para vencer la gravedad. Por lo tanto esta sustancia puede desplazarse por las micro-fibras o pequeños canales para que el agua pueda llegar hasta la copa de los árboles y así distribuirse por todas partes para mantener el árbol o planta con vida.

Este fenómeno es responsable, además de la propensión que tienen algunos materiales porosos como esponjas, suelos y telas para absorber agua. Siempre y cuando los poros deben estén conectados para que el líquido pueda fluir a través del medio. También juega un papel importante en riego, especialmente en sistemas de riego que hacen uso de esta propiedad para distribuir el agua dentro de una zona de cultivo.

 Referencias :

http://www.euroresidentes.com/jardineria/sistemas_de_riego/riego/riego_en_casa/capilaridad.htm

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000051/lecciones/cap01/06_08.htm

http://www.escueladigital.com.uy/ciencnat/agua.htm

http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=123.456.789.000&ID=136721

http://www.citt.ufl.edu/team/sepulveda/html/capilaridad.htm

After pouring a beer they are bubbles streaming up from the bottom, what causes this?  First of all bubbles are globules of one substance in another usually gas in a liquid.  Well beer bubbles are compared to raindrops both being tiny and that clusters   Both on rough spots called “nucleation sites” – dust particles in the case of rain clouds, scratches on the glass in the case of bubbling beer.  Carbon dioxide which is dissolved in the beer causes the bubbles when it’s released after being poured.

It was thought that hydrostatic pressure had something to do with the bubbles but this would require a pressure difference of 2 atmospheres from the bottom to the top of the glass in other words a rise of nearly 30 feet.  Then the bubbles were explained as nucleation centers for themselves, accumulating more of the carbon dioxide dissolved in the beer.  Then Archimedes principle was brought into play because as the bubbles get bigger, their buoyancy is greater in proportion to the volume of the beer.  In other words Fbubble = Vbubble (pbeer – pbubble)g. (F is the force on the bubble; V is its volume, p is density, g is the gravitational constant.)

With the Archimedes principle was concluded that the bigger the bubble the faster it rises because of the drag on the surface holding the bubble from rising and buoyancy being faster than the drag.  The surfactant can affect the shape of the bubbles.  One beer which the bubbles are clearly visible is the Guinness.  While drinking Guinness the bubbles comes up because of the carbon dioxide and then eventually go down.  The Guinness has more nitrogen and it doesn’t dissolve as well as carbon dioxide in liquids that’s why the down flow of bubbles is very visible in Guinness although it can occur in any liquid.  Guinness viscosity doesn’t matter because it’s almost similar to water.

references:

http://en.wikipedia.org/wiki/Guinness_(beer)

http://www.stanford.edu/group/Zarelab/guinness/

http://news.stanford.edu/pr/91/911111Arc1079.html