El campo de la reología clásica comprende el estudio de la respuesta a la deformación de los fluidos en tres dimensiones
El área de la reología abarca el estudio del comportamiento de flujo de los fluidos ideales, a saber, el sólido elástico de Hooke y el líquido viscoso Newtoniano.
Los fluidos que poseen estos comportamientos ideales son la excepción, siendo la mayoría de los fluidos de comportamiento complejo, intermedio entre estos dos límites (Briceño, 2000).
Reología y elasticidad
El estudio del comportamiento viscoelástico se realiza a través de medidas de ensayos dinámicos oscilatorios de acuerdo al modelo de Maxwell, el cual utiliza dos componentes, una contribución elástica o módulo de almacenamiento G’, la cual se asemeja a un resorte Hookeano, y una contribución viscosa o módulo de pérdida G», el cual se representa a través de un fluido Newtoniano en una cámara de un cilindro pistón, representados esquemáticamente en la figura 1.
En estos ensayos oscilatorios se realizan a una frecuencia baja (ω) y amplitud de cizallamiento γ(t) determinados, cuya respuesta es el esfuerzo aplicado τ, como se muestra en la figura 2, y permite calcular módulo complejo G*, el módulo elástico G’ y el módulo viscoso G» través de lascorrelaciones (2) a (4) (Briceño, 2000; Rojas y col., 2012).
Modelos de reología
Figura 1. Modelo de Maxwell de reología 3D (Briceño, 2000).
Figura 2. Deformación de cizallamiento γ, la respuesta τ y el ángulo de fase δ para un ensayo oscilatorio decizallamiento 3D. (Rojas y col., 2012).
El módulo de almacenamiento G’ está relacionado con el comportamiento elástico y el módulo de pérdida G» con la disipación viscosa. G*, G’ y G» tienen unidades de presión [N/m2].
Cuando el módulo G’ es mayor a G» predomina el comportamiento elástico del fluido, y si ocurre lo contrario, es decir, G» es mayor que G’ predomina el comportamiento viscoso.
El ángulo de fase δ representa la diferencia entre la señal de entrada de deformación γ(t) y la respuesta del esfuerzo τ(t) y se puede calcular a través de la ecuación:
donde η tiene unidades de [(N.s)/m2].
Generalmente en la aplicación, se realiza un barrido de esfuerzo a una frecuencia constante de 0,1 Hz, para determinar el intervalo viscoelástico lineal.
El lugar donde se cortan G’ y G» indica el esfuerzo de cedencia del fluido. Luego se efectúa el barrido de frecuencia, a un esfuerzo constante en la zona viscoelástica lineal, usualmente cercano a 10 Pa para determinar la relación entre G’ y G».
Destacamos cuando en esta medida la curva de viscosidad compleja es una recta de pendiente igual a -1 el comportamiento es totalmente elástico (Briceño, 2000).
Equipos de medición
Los equipos utilizados para determinar el comportamiento reológico de fluidos son equipos rotacionales, los cuales varían su geometría de acuerdo a la viscosidad del fluido.
Siendo las configuraciones más utilizadas la de cilindros concéntricos, en el caso de sistemas de baja viscosidad, y de cono-plato o plato-plato para sistemas viscoelásticos, estas ge metrías se muestran en la figura 3.
Reología interfacial
La reología interfacial es un campo de la ciencia que estudia la respuesta de las interfases (o superficies) a la deformación.
Ésta se relaciona con tres aspectos principalmente: el comportamiento dinámico de la interfase entre dos fluidos, la naturaleza de la respuesta de la interfase a la deformación.
La influencia cuantitativa que los esfuerzos interfaciales imparten sobre la hidrodinámica y comportamiento reológico del seno de las fases que conforman el sistema (Edwards y col., 1991, Liggieri y col., 2005, Miller y col., 2010).
La reología interfacial 2D estudia interfases, por lo que su campo de aplicación es más amplioy más complejo que la reología clásica en 3D, debido a la gran área interfacial presente en los /sistemas dispersos y superficies.
Aunque los sistemas de reología interfacial pueden ser considerados como análogos en 2D a los de reología clásica, hay dos diferencias importantes:
(i) los flujos interfaci a les están acoplados a las fases adyacentes y puede existir tanto transporte de momento como de masa desde la interfase al seno de las fases;
(ii) las películas interfaciales son generalmente compresibles, lo que hace que las elasticidades y viscosidades dilatacionales sean mucho más importantes que en la reología 3D (Erni, 2011).
Este es un fragmento de nuestro cuaderno S530A. Para tener acceso al cuadernos completo puedes hacer click en el siguiente enlace:
