Este artículo se publica con la intención de compartir una recopilación estudiantil que necesariamente está sujeta a correcciones ortográficas, gramaticales, de forma  y de contenido.  Por este motivo debe considerarse como material en proceso de elaboración, aún no terminado.


REOLOGÍA

Es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia. Esta, como toda una definición de la rama de la ciencia, lleva implícita una serie de preguntas fundamentales sobre el por qué, el cómo, la medida y el objeto material del fenómeno a estudiar.

Un ejemplo claro podrían ser los alimentos los cuales ingresan a nuestra boca, donde lo masticamos para obtener una pasta fluida que luego se ingiere, la cual, por estar en movimiento, genera deformación y flujo de la materia, a este tipo de reología es la que llamamos natural.

Al someter la muestra de material a este estudio de deformación y flujo de la materia se puede obtener información cualitativa y cuantitativa valiosísima. El tener esa información permite:


1. Caracterizar la materia y definir sus parámetros reológicos como viscosidad, consistencia, propiedades elásticas,

2. Diseñar equipos sofisticados de procesamiento industrial, conociendo previamente la caracterización de la materia a procesar;

3. Diseñar materiales nuevos con respuestas mecánicas muy específicas y bien definidas; entre muchas otras acciones.

- Por Qué Se Deforman Los Cuerpos?

Un cuerpo es deformable porque su energía de cohesión, debida a las interacciones interatómicas e intermoleculares, es finita y por consiguiente puede ser superada al aplicársele un esfuerzo suficientemente grande.

Las imperfecciones en los arreglos tridimensionales de los átomos, característicos de los sólidos cristalinos, proveen mecanismos de deformación basados en la movilidad interna a nivel molecular, los cuales implican cambios en la cantidad de energía requerida para deformar el material. Por ejemplo, si se trata de un sólido cristalino, la presencia de imperfecciones y dislocaciones en el arreglo cristalino tenderá a disminuir la energía requerida para deformar el material a tensión, pero tendera a aumentar la energía requerida para deformar el material por impacto.

En el caso de líquidos y gases, las energías de cohesión son cada vez menores y por consiguiente estos cuerpos son mas fácilmente deformables bajo ciertos esfuerzos.

- Fuentes Y Ancestros

Casi 320 años atrás, Robert Hooke, describió la relación existente entre esfuerzo y deformación en sólidos elásticos, mientras que su colega contemporáneo Sir Isaac Newton planteo entre otras la Ley de la Viscosidad de los fluidos.

La energía entre la Ley de Hooke y la Ley de newton:

                             s = EE                                                                t = µÿ

                        Ley de Hooke                                                 Ley de Newton

En estas ecuaciones encontramos elementos análogos: un esfuerzo aplicado que constituye la fuerza impulsora de la deformación; una función material que mide la resistencia de la materia a ser deformada (E y u) y como consecuencia de estas dos fuerzas opuestas, un cierto grado de deformación, el cual puede considerarse como la medida de la intensidad del proceso de deformación, resultante del compromiso de las dos fuerzas opuestas anteriormente citadas.

Esta misma interrelación entre fuerza impulsora de un proceso, resistencia al proceso e intensidad de ocurrencia del mismo, opera en los fenómenos de transporte de masa, calor, cantidad de movimiento, electricidad.

Con la formulación de la mecánica clásica se logra conocimiento básico sobre la dinámica (fuerzas) y la cinemática (velocidad y deformación) de los cuerpos.

Mas tarde, con la aparición del ferrocarril y en general de las maquinas durante la revolución industrial, sobrevino un desarrollo de la mecánica de la deformación y la fractura enfocado principalmente al estudio del comportamiento de sólidos metálicos.

Este desarrollo contribuyo a establecer diversos aspectos directamente relacionados con el problema de flujo y la deformación tales como la identificación y relación cuantitativa entre las variables de interés en el proceso, el análisis de esfuerzos y deformaciones que sufre un sólido al sometérsele a un esfuerzo dado, el conocimiento de los mecanismos de deformación (elástica, plástica, homogénea, heterogénea), el papel de las imperfecciones y dislocaciones, la concentración de esfuerzos en los sitios donde el material presenta heterogeneidades, los modos de falla, etc.

Las matemáticas han constituido una imprescindible herramienta en estos avances al permitir el planteamiento de las leyes de continuidad y movimiento ya sea en forma algebraica o diferencial y al permitir el tratamiento tensorial propios del esfuerzo y la deformación.

La físico-química también se constituye en fuente de la reología al posibilitar el entendimiento e las propiedades de la materia a partir de su estructura química y morfológica.

Por otra parte, el desarrollo de la ciencia y la tecnología de los polímeros, han resultado conceptos de primera importancia teórica y práctica para la reología tale como el concepto de viscoelasticidad y el de la correspondencia entre tiempo y temperatura.

- Planteamiento Del Problema Básico

El problema básico de la reología es determinar la relación entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida en un material de naturaleza físico-química dada.

Esta relación es ya conocida para sólidos elásticos sometidos a pequeñas deformaciones ( Ley de Hooke) y para líquidos sencillos y gases (Ley de Newton de la Viscosidad).

Sin embargo, no siempre existe una relación lineal entre esfuerzo y deformación debido a complejidades en la estructura y morfología de algunos materiales. Pero tanto en los casos sencillos como en los caos complejos se tienen las mismas variables fundamentales.

Características físicas de dichas variables:

1) Esfuerzo:

Un elemento de una porción de materia continua, el cual tomaremos como sistema, puede estar sometido a fuerzas de origen diversos: gravedad, fuerzas internas ( viscosas en fluidas fluyendo o tensiones internas debidas al procesamiento de sólidos) y distribución de presiones externas aplicadas al sistema.

En términos de los efectos sobre la deformación del material, no interesa conocer cada termino dinámico de los componentes normales sino la diferencia de esfuerzos normales en diferentes direcciones. Los valores de la diferencia de esfuerzos normales en diferentes direcciones se deben únicamente a diferencias en los componentes dinámicos tii, dado que la presión es isotópica. Puesto que tales componentes dinámicos no son determinados por las fuerzas externas sino que resultan del tipo de deformación del material, se consideran propiedades reologicas del material que las exhibe y se define así:

            t11t22: primera diferencia de esfuerzos normales

t22t33: segunda diferencia de esfuerzos normales, no es necesario definir t11t33 puesto que:

t11 + t22 + t33 = 0

Se han desarrollado métodos experimentales que permiten la medición de la diferencia de esfuerzos normales.

Es interesante anotar que en los fluidos inelásticos, sean o no Newtonianos, no se observan diferencias de esfuerzos normales (t11 – t22 = t22 – t33 = 0), mientras que si se observan en los en los fluidos elásticos (viscoelásticos). En verdad, la elasticidad de los fluidos puede ser cuantificada en términos de funciones de las diferencias de esfuerzos normales.

2) Deformación:

Un material se deforma en cierta dirección si la velocidad de todos los puntos (vista desde un marco de referencia fijo) no es la misma en dicha dirección.

- Reometría (Rt) :

Es la parte experimental de la Reología; para esto se emplea un Reómetro con el que se mide y cuantifican  las microestructuras -invisibles a simple vista- de materiales y fluidos.

Además de los Reómetros "de laboratorio", existen los "comerciales". Las industrias y laboratorios los pueden elegir en un espectro amplio según los ensayos a realizar, dependiendo esto, a su vez, del uso, de las aplicaciones reológicas y de los desarrollos tecnológicos que deseen hacer. Por ejemplo es laboratorios de otros países, como México, se han diseñado y construido, con la colaboración de los talleres de Vidrio y Mecánico del Ceride-Conicet y de la FIQ-UNL, los cuales son dispositivos simples y prácticos que cumplen fines reométricos destacables.

- Aplicaciones

En el campo biotecnológico, la información obtenida a partir de la Reología permite diagnosticar patologías caracterizando fluidos biológicos en el contexto de la biorreología (cualquier materia o sustancia de organismo humano, animal o vegetal) y de la hemorreología (para diagnosticar enfermedades en la sangre). En el campo biomédico, permite predecir respuestas de materiales y fluidos en desempeños mecánicos complejos de la vida práctica, desde el de una prótesis (para saber si es mecánicamente compatible) hasta un compuesto industrial tal como una pintura, una fibra textil o un adhesivo.

Para producir un yogurt, una mayonesa, un dulce untable, una mermelada, todas de consistencia agradable se requiere conocer sobre  la reología.

- Investigaciones

Se han formulado proyectos de investigación desde el Laboratorio y Grupo de Reología que dirige el Intec (UNL-Conicet) siempre teniendo altos componentes de aplicación de los conocimientos científicos que se obtienen.

Lo que permite realizar asesoramientos y convenios tecnológicos prolongados con empresas como Fate, Pasa Argentina y Du Pont Argentina. En la ciudad de Santa Fe se han asesorado a empresas de alimentos y productoras de plastisoles y látex.

Reología de Polímeros

Esta línea de trabajo se refiere al estudio teórico y experimental de las propiedades reológicas de los polímeros, copolímeros y mezclas, como así también de polímeros lineales y entrecruzados de estructura controlada.

Recientemente se han incorporado diversas líneas de investigación que han llevado al análisis reológico de mezclas compatibles e incompatibles y su modelado. Además se están implementando técnicas ópticas para el estudio no-invasivo de las propiedades de flujo y estado de orientación de polímeros a través de la medición de propiedades ópticas tales como birrefringencia y dicroismo.

 

BIBLIOGRAFÍA

- www.plapiqui.edu.ar

- Revista ION. Universidad Industrial de Santander. Centro de Estudios de Ingeniería   

            Química. Volumen 7. Bucaramanga. 1983. pag. 77 – 86.

- SHIGEHARU, Onogi. Proceedings of the fifth international congress on rheology.

            Volume 1.University of Tokyo press. Baltimore.1969.


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