Reologia

REOLOGIA: CONCEPTOS BASICOS 1. Introducción El objetivo de este capítulo es introducir al lector en los conceptos básicos que conforman la base de la disciplina científica denominada Reología. La revisión que se presenta a continuación no es del todo exhaustiva ya que esto requeriría del uso de matemáticas avanzadas, lo cual queda fuera del alcance de este curso; varias de las ecuaciones seránpresentadas sin demostración por la misma razón. Sin embargo, se pretende que el lector que se introduce en esta disciplina consiga en este capítulo los elementos la práctica. Como se verá más adelante, el estudio del comportamiento de un fluido consiste básicamente en someterle a un esfuerzo y de alguna forma medir la deformación, o tasa de deformación resultante. Puede también someterse el fluidoa una deformación o tasa de deformación conocida y medir la respuesta de esfuerzo. A continuación se revisan los conceptos de reología, fluido, esfuerzo, deformación y tasa de deformación. 2. Conceptos básicos 2.1. Reología La Reología es una disciplina científica que se dedica al estudio de la deformación y flujo de la materia o, más precisamente, de los fluidos. La palabra reología proviene delgriego ρειν la cual significa fluir. A pesar de que la Reología pudiera cubrir todo lo que tiene que ver con los comportamientos de flujo en aeronáutica, mecánica de fluidos e inclusive la mecánica de sólidos, el objetivo de la Reología está restringido a la observación del comportamiento de materiales sometidos a deformaciones muy sencillas. Por medio de la observación y del conocimiento delcampo de deformación aplicado, el reólogo puede en muchos casos desarrollar una relación constitutiva o modelo esenciales para comprender las ecuaciones constitutivas o modelos de flujo más sencillos, los cuales son los más utilizados en

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matemático que permite obtener, en principio, las funciones materiales propiedades que caracterizan el material.

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Las funciones materiales yrelaciones constitutivas tienen varios usos en la práctica, dependiendo del objetivo del estudio de cada tipo de material. En tal sentido pueden distinguirse dos objetivos principales: 1. Predecir el comportamiento macroscópico del fluido bajo condiciones de proceso para lo cual se hace uso de las relaciones constitutivas y de las funciones materiales. 2. Estudiar de manera indirecta la microestructura delfluido y evaluar el efecto de varios factores sobre dicha microestructura. Para esto se comparan las funciones materiales o propiedades reológicas. Los fluidos que son del interés de la Reología presentan una gama de comportamientos que van desde el viscoso Newtoniano hasta el sólido elástico de Hooke, que serán definidos más adelante. Dentro de esta categoría pueden conseguirse innumerablesmateriales tales como el yogurt, la mayonesa, la sangre, las pinturas, las grasas y muchos más. 2.2. Fluidos y sólidos Como fluido se entiende toda porción de materia capaz de deformarse continuamente cuando es sujeta a una fuerza o deformación, a diferencia de los sólidos, los cuales o no se deforman o sólo se deforman hasta cierto punto. Son fluidos todos los líquidos, los gases y otros fluidos decomposición más compleja tales como las emulsiones y suspensiones, las pastas y los polímeros fundidos, entre otros. El chicle, la masilla, la masa de pan pudieran también clasificarse como fluidos, aunque algunos pudieran argumentar que son sólidos deformables. En realidad, la clasificación de fluido o sólido deformable no es muy nítida en muchos casos; frecuentemente sólo puede hablarse del gradoen que un fluido s e acerca a uno u otro tipo de comportamiento. En tal sentido, el comportamiento de los fluidos se puede acotar entre dos extremos, siendo el comportamiento viscoso Newtoniano un extremo y el 2

comportamiento elástico de Hooke el otro extremo. Es justamente dentro de este intervalo de comportamiento que se encuentra el interés de la Reología. Más adelante se explican en...