Reologia

Introducción a la Reología
El comportamiento de flujo también puede denominarse comportamiento reológico cuando los materiales se evalúan acorde a los parámetros de la reología

Capítulo 2: Propiedades físicas de los sistemas dispersos
Viernes, 4 de septiembre de 2009

Reología…
Prof. Bingham, años 1920 ...

Rheos

Movimiento

“Todo fluye (panta rheis)”… ¡eventualmente!
La Reologíacobró importancia a partir de la segunda guerra mundial, debido principalmente al surgimiento de materiales complejos…

Reología…
Utilidad e importancia
Prever el comportamiento durante el manejo del material  Inferir la microestructura del material  Como herramienta de formulación  Contribuir al avance de la ciencia y el conocimiento

Comportamiento de los materiales: • El sólidoelástico de Hooke • El fluido viscoso Newtoniano

Se trata de modelos ideales de comportamiento a los cuales se acercan muchos materiales

Sólido elástico!
Robert Hooke: “True Theory of Elasticity” (1678) L w e F Ley de Hooke: L+ ∆L

F = k ΔL
F

F = k ΔL
 F   kL   ≈    ew  ew      ΔL     L   

τ =G γ
 τ :
esfuerzo, Pa   G : modulo de elasticidad, Pa

 γ :deformación relativa

Muchos materiales, cuando son sometidos a esfuerzos relativamente pequeños se comportan como sólidos de Hooke.

Chicle!

Fluido viscoso!
Isaac Newton, “Principia” (1687)
x y

A

F

x y

vx

A m vx At

F

x

Ley de Newton

y

vx

A m vx At

F

El flujo de cantidad de movimiento es proporcional a la densidad de flujo de cantidad demovimiento a través del material o fluido:

mvx  dρ v x  α −  At  dy 
La conductividad de cantidad de movimiento se denomina viscosidad cinemática ν

 dρ v x  mvx = ν −  At  dy 

τy x

 d ρv x   = ν −    dy 

Si la densidad ρ es constante...

 dv  x τ yx = ν ρ  −    dy 
Viscosidad dinámica ó

µ
Tasa de corte ó

˙ γ

Ley de Newton:

˙ τy x = µ γ
µ =f(T,P)
T: temperatura P: presión Para los fluidos Newtonianos...

Ley de Newton (cont.)

30

Shear stress, Pa

25 20 15 10 5 0 0

20 ºC 30 ºC 45 ºC

100

200

300

400

500

Shear rate, 1/s

Aceite de coco

80

Viscosity, mPa.s

60 40 20 0 290

300

310

320

Temperature, ºC K

Aceite de coco Ec. de Arrhenius:

 B µ = A exp−   T

FluidosNewtonianos
  Todos los gases
  Líquidos con pesos moleculares inferiores a ~ 500 …
  Soluciones poliméricas diluidas
  Suspensiones y emulsiones diluidas

Viscosidad - Unidades
µ (=) ML-1 t -1
En el sistema CGS: 1 dina s/cm2 = 1 g/cm s = 1 Poise En el sistema internacional SI: 1N s/m2 = 1 Pa s = 10 Poise En la práctica se usa el centiPoise: 1 cP = 0,01 Poise = 1 mPa s

Algunos valoresde µ (a 20°C, mPa.s)

aire agua querosén aceite de oliva crudo liviano 25°API glicerina miel crudo extrapesado 8°API polímero fundido asfalto vidrio fundido vidrio

0,02 1 10 100 100 1.000 10.000 500.000 10 6 10 11 10 15 10 43

Lamentablemente…

…los fluidos Newtonianos y los sólidos elásticos son las excepciones ...

Reología

Fluidos simples (Newtonianos) como agua, vino, aceite,glicerina

Otras sustancias “fluyen” pero su viscosidad ya no es una característica suficiente para diferenciarlos.
geles, pinturas
suspensiones, emulsiones
adhesivos, pasta de diente
salsas ...

Tipos de comportamietno de flujo
Solido elástico Fluido viscoso

Viscoelástico Viscoplástico Tixotrópico

Reofluidizante Reoespesante

Comportamientos reológicos no-Newtonianos: ** Sudescripción ** Los modelos que los representan

Comportamientos reológicos no-Newtonianos
  Reofluidizante (o
seudoplástico)

τ η1 η 2 α1 γ

τ η = = tg α
˙ γ

α2 η
Viscosidad aparente

disminuye cuando τ
o γ
aumenta

Comportamientos reológicos no-Newtonianos
 Reoespesante (o
dilatante)

τ

τ η = = tg α
˙ γ

η2 η1

η

Viscosidad aparente

aumenta cuando...