importancia de la reología en la industria prof. maría isabel briceño fenómenos avanzados

Importancia de la Importancia de la Reología en la IndustriaReología en la Industria

Prof. María Isabel Briceño

Fenómenos Avanzados

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Reología…

Disciplina científica que estudia el movimiento y la deformación de la materia cuando es sometida a un esfuerzo.

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Reología…

Rheos Movimiento

“Todo fluye (panta rheis)”… ¡eventualmente!

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Reología…

El flujo de un material depende de la magnitud del esfuerzo aplicado y y del tiempo de observación…

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Reología…

Tiempo de observación: Número de Débora

€

De =

λ

tobservación

= tiempo de relajación del material

Libro de los Jueces: “…y las montañas fluirán ante el Señor”

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Reología…

Magnitud del esfuerzo: Número de Peclet

Viscosidad

Tasa de deformación

Longitud característicaEnergía

térmica

€

Pe =μ˙ γ l

kT

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Reología…

El tipo de respuesta (o deformación) también depende del material

Agua: muy pequeño (10-12 s)

Vidrio: muy grande

Corteza terrestre: infinito

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Reología…

Viscosa líquidos

Elástica sólidos

Tipos de respuestas más sencillos (¡ideales!):

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FV

y

Respuesta viscosa

FA

Vy

= η Ley de Newton (1687)

Reología…

€

τ =μ̇ γ

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Reología…

Respuesta elástica

Ley de Hooke (1678)

⎥⎦⎤⎢⎣⎡Δ⎥⎦⎤⎢⎣⎡≈⎥⎦⎤⎢⎣⎡ Ll ew

kLewF

γ=τ G

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Reología…

Deformación relativa:

Tasa de deformación:

€

γ =

Δ l

L

€

˙ γ =∂γ

∂t

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Reología…

Reofluidizante

Reoespesante

Viscoplástico

Tixotrópico

Sólido elástico (o Hookeano)

Líquido viscoso (o Newtoniano)

Comportamiento no-Newtoniano

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

La clave está en la microsestructura del material…

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

En ausencia de movimiento

Movimiento en la dirección

Orientación Extensión Deformación Desagregación

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

Por ejemplo, para una emulsión cuyas gotas tienen un radio promedio R…

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

El comportamiento es independiente de lo que haga el observador viscosidad constante ηo

Mano lenta

Pe << 1

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

Las acciones del observador empiezan a tener efecto el material empieza a ceder

Mano no tan lenta Pe < 1

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

Se produce la destrucción u orientación o desagregación del material η

variable

Mano rápida Pe > 1

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

La respuesta es proporcional al esfuerzo y la viscosidad es constante η

Mano muy rápida Pe > 1

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Origen del comportamiento no-Newtoniano

ηo

η

τo: esfuerzo fluencia

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Importancia de la Reología

Prever el comportamiento durante el manejo del material:

Viscosidad

Bombeo, vertido, drenaje, esparcido, mezclado

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El fluido trepa el eje… efecto de Weissenberg

Importancia de la Reología

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El chorro puede dilatarse…

Importancia de la Reología

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Efecto del sifón sin tubo

Importancia de la Reología

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Importancia de la Reología

sedimentación de polvo fino 10-6 - 10-4 pinturas, medicamentos lisaje (debido a la tensión) 10-2 - 10-1 pinturas, tintas drenaje (gravedad) 10-1 - 101 pinturas,

recubrimientos extrusión 100 - 102 polímeros masticación 101 - 102 alimentos agitación-mezclado 101 - 103 líquidos acuosos flujo en tuberias 100 - 103 líquidos atomización, brochazo 103 - 104 pinturas, combustibles molienda de pigmentos 103 - 105 pinturas, tintas friccionar 104 - 105 cremas, lociones recubrimiento de alta velocidad 105 - 106 recubrimientos lubricación 103 - 107 motores de gasolina

Algunos valores de γ (s-1)

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Importancia de la Reología

Inferir la microestructura del material

Herramienta de formulación

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Importancia de la Reología

¿Por qué interesarse por la microestructura?

Velocidad de liberación de algún principio activo

Comportamiento en tejidos: velocidad difusión

Textura

Capacidad de suspensión y estabilización

Lubricación

Recubrimiento de superficies

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Reología en la Industria

Algunos ejemplos

Pasta de diente

Pinturas

Lodos de perforación

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Reología en la Industria

Pasta de diente:Mezclado de los componentes

Estabilidad del producto

Vertido en tubos

Vertido en cepillo

Comportamiento sobre el cepillo

Acción de lubricación y leve abrasión

Fluidos similares: mayonesa, salsa de tomate, lava.

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Reología en la Industria

Buena formulación

Mala formulación

Tiene que ver con ηo

Tiene que ver con η (es importante textura)

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Reología en la Industria

Lodos de perforación:

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Mezclado de los componentes

Estabilidad del producto

Tránsito por bombas

Tránsito tubos a alta velocidad

Acción de lubricación y enfriamiento mecha

Tránsito tubos a baja velocidad

Lodos de perforación:

Reología en la Industria

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Reología en la Industria

Pinturas:

Mezclado de los componentes

Estabilidad del producto (shelf life)

Homogeneización del producto

Aplicación con la brocha

Comportamiento en la pared

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Aplicación de pinturas

Reología en la Industria

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Reología en la Industria

El comportamiento de la pasta de diente, los lodos de perforación y pinturas depende del tipo y cohesión de la microestructura y de cómo evoluciona con la deformación y el esfuerzo.

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Reología en la Industria

Otras aplicaciones - análisis de la textura:Crocancia (crunchiness)

Dureza

Friabilidad

“Springiness”

“Gumminess” o masticabilidad

Recuperación estructura (resilience)

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Importancia de la textura:

Determina la percepción sensorial del alimento, cosmético, etc.

Determina la facilidad de tragar un alimento

Reología en la Industria