Conceptos Clave de Reología: Deformación, Flujo y Viscosidad en Fluidos y Polímeros

Deformación y Flujo

La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.

Viscosidad: Dinámica vs. Cinemática

Viscosidad Dinámica

Es una función de la temperatura, presión y fuerzas externas aplicadas que generan esfuerzos.

Viscosidad Cinemática

Solamente refleja los aspectos geométricos o cinemáticos del comportamiento reológico del material.

Fluidos: Newtonianos y No Newtonianos

Fluido Newtoniano

La viscosidad es constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen.

Fluido No Newtoniano

Es aquel cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante.

En resumen: el fluido newtoniano tiene viscosidad constante y el no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido o constante.

Reología

Es la ciencia que estudia el flujo y la deformación de los materiales.

Polímeros

Son materiales que no están en equilibrio térmico porque son cristalinos, además de ser macromoléculas que se caracterizan por tener una unidad que se repite a lo largo de la molécula.

Comportamiento Reológico de los Polímeros

¿Cuál es el origen del comportamiento reológico de los polímeros?

El comportamiento es del tipo no newtoniano, en el cual la relación entre el esfuerzo cortante y la viscosidad de deformación no es lineal. Estos, a su vez, se diferencian en dependientes e independientes del tiempo.

Comportamiento Viscoelástico

Explica el comportamiento viscoelástico

Es el comportamiento que tienen algunos materiales, los cuales tienen propiedades viscosas y elásticas cuando se les deforma. En ellos, la elongación de los materiales no solo depende de la tensión, sino que también del tiempo que se le aplica. Cuando se le aplica una tensión prolongada y constante, la elongación se incrementa lentamente. El origen de este fenómeno obedece a fricciones internas en el material.

Definición de Tipos de Flujo

• Flujo Laminar

  El fluido se mueve de manera perfectamente ordenada; el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse. El movimiento de la placa superior genera aceleramiento de las placas inferiores, creando una fuerza de rozamiento.

• Flujo Transitorio

  Presenta cambios en sus características referentes al tiempo. Cualquier flujo laminar pasa a flujo turbulento dependiendo de cuánta energía puede actuar en el sistema.

• Flujo Turbulento

  Movimiento de un fluido que se da en forma caótica o descontrolada, en que las partículas se mueven desordenadamente y sus trayectorias se encuentran formando pequeños remolinos.

Diferencia entre Flujo de Couette y Poiseuille

Flujo de Couette

El campo de velocidad se genera por el movimiento de una de sus fronteras. Se produce por una fuerza tangencial, no existe diferencia de presiones. También se le llama flujo de arrastre.

Flujo de Poiseuille

Es aquel debido exclusivamente a una diferencia de presiones; no existe un flujo de arrastre. El gradiente suma (suma de todas las presiones) dirige la dirección del flujo. Si el fluido es isotrópico, la mayor velocidad se da en el centro.

La diferencia principal entre los dos flujos es que en el flujo de Couette no existe diferencia de presiones y en el flujo de Poiseuille sí existe una diferencia de presiones.