modelos reologicos

Introducción

Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la aplicación de esfuerzos cortantes.

Las características reológicas de un fluido son uno de los criterios esenciales en el desarrollo de productos en el ámbito industrial. Frecuentemente, éstas determinan las propiedades funcionales de algunas sustancias e intervienen durante el control de calidad, lostratamientos (comportamiento mecánico), el diseño de operaciones básicas como bombeo, mezclado y envasado, almacenamiento y estabilidad física, e incluso en el momento del consumo (textura).

Las propiedades reológicas se definen a partir de la relación existente entre fuerza o sistema de fuerzas externas y su respuesta, ya sea como deformación o flujo. Todo fluido se va deformar en mayor omenor medida al someterse a un sistema de fuerzas externas. Dicho sistema de fuerzas se representa matemáticamente mediante el esfuerzo cortante “xy” , mientras que la respuesta dinámica del fluido se cuantifica mediante la velocidad de deformación “D”.

La reología es la ciencia del flujo que estudia los principios físicos que regulan el movimiento y la deformación de la materia cuando essometida a esfuerzos externos, esto es, estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en materiales que son capaces de fluir. Las propiedades que dependen de esta relación se denominan parámetros reológicas y la forma como se relacionan se llaman modelos reológicas.

Al moverse una capa de fluido con respecto a otra se presenta una fuerza de fricción. El esfuerzo de corte en un fluidonewtoniano a una temperatura dada varía directamente con su tasa de corte (velocidad). La razón entre el esfuerzo de corte y la tasa de corte es constante. Esta tasa se denomina viscosidad de un fluido Newtoniano.

TIPOS DE FLUIDOS

Existen 3 tipos de fluidos:

Newtonianos (proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación).

No Newtonianos (no hay proporcionalidadentre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación)

Viscoelásticos (se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos).

La relación entre el esfuerzo cortante aplicado y la velocidad viene dada por la ecuación:
(Ley de viscosidad de Newton)
Siendo: xy = esfuerzo cortante (mPa)

 = viscosidad dinámica del fluido (mPa·s)

du/dy = velocidad dedeformación del fluido (s-1) = D

(Estas unidades son las más utilizadas en reología)





FLUIDOS NO NEWTONIANOS

Los fluidos no newtonianos son aquellos en los que la relación entre esfuerzo cortante y la velocidad de deformación no es lineal. Estos fluidos a su vez se diferencian en dependientes e independientes del tiempo.

FLUIDOS VISCOELÁSTICOS

Los fluidos viscoelásticos secaracterizan por presentar a la vez tanto propiedades viscosas como elásticas. Esta mezcla de propiedades puede ser debida a la existencia en el líquido de moléculas muy largas y flexibles o también a la presencia de partículas líquidas o sólidos dispersos.
La ecuación que describe el comportamiento viscoelástico está basada en el modelo de Maxwell:


Donde,
: Esfuerzo cortante aplicado.: Tiempo de relajación.
: Gradiente de esfuerzos cortantes (/G).
: Viscosidad aparente.
D: velocidad de deformación.

FLUIDOS NEWTONIANOS

Un fluido newtoniano se caracteriza por cumplir la Ley de Newton, es decir, que existe una relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación (ecuación anterior). Si por ejemplo se triplica el esfuerzo cortante, lavelocidad de deformación se va a triplicar también. Esto es debido a que el término  (viscosidad) es constante para este tipo de fluidos y no depende del esfuerzo cortante aplicado.
VISCOSIDAD

La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido. Dicho concepto se introdujo anteriormente en la Ley de Newton, que relaciona el esfuerzo cortante con la...