Reologa: Es la ciencia de la deformacin y flujo de los materiales.Es la rama de la fsica que trata sobre las mecnica de los cuerpos deformables.Aun cuando la teora sobre reologa, tanto cualitativamente como cuantitativamente, trata con fenmenos reversibles, a menudo se encuentra la irreversibilidad.

Deformacin: La deformacin que sufren los materiales pueden ser divididas en dos tipos generales:

Deformacin espontnea reversible llamada ELASTICIDADDeformacin irreversible denominada FLUJO

Elasticidad

Est deformacin corresponde a una energa mecnicamente recuperable. Es decir, el trabajo empleado en deformar un cuerpo perfectamente elstico, es recuperado cuando el cuerpo es retornado a su forma original indeformada. Por lo que esta deformacin elstica es considerada como una funcin del esfuerzo.

Flujo

La deformacin llamada flujo corresponde a la conversin de la energa mecnica en calor. El trabajo empleado en mantener el flujo es disipado en una forma de calor y no es mecnicamente recuperable. En el flujo, la deformacin es una funcin del corte.

Debido a la similitud que existe entre la resistencia viscosa al flujo y la friccin entre dos superficies slidas, la resistencia al flujo de un fluido es, algunas veces, denominada friccin interna.

Las ecuaciones que describen los efectos viscosos y elsticos, en una forma combinada, son establecidos en base a trminos principales: Un trmino elstico que incluye la deformacin, uno viscoso que incluye el ritmo de la deformacin y un tercer trmino de inercia, el cual incluye la aceleracin.

Por lo tanto, desde el punto de vista de la reologa, las propiedades mecnicas de todos los materiales pueden ser totalmente descritas en trminos de las contribuciones elsticas, viscosas y de inercia.

Corte: El corte es un tipo de deformacin muy importante. En donde el corte simple es una caso especial de una deformacin laminar y puede ser considerada como un proceso, en el cual planos paralelos infinitamente delgados, se deslizan uno sobre otro; como un paquete de naipes.

En el corte simple las lminas de fluido son planas, pero el corte o deformacin laminar puede ser encontradas en otras geometras, como se muestra a continuacin; adems se observa que los tipos de corte encontrados en b y c son muy importantes en reologa; pues estos representan el tipo de flujo encontrado en viscosmetros rotaciones y capilares respectivamente.

a) Simpleb) Rotacionalc) Telescpicod) GirolDeformaciones Laminares

Fluido

Un fluido puede ser definido simplemente como una substancia la cual tiende a fluir bajo la accin de un esfuerzo, no importando la consistencia de ste. En un fluido, los esfuerzos entres las partculas adyacentes son proporcionales al ritmo de deformacin y tienden a desaparecer cuando esta cesa el movimiento

Un fluido ideal (fluido viscoso) no puede soportar deformaciones por largos perodos de tiempo, debido a que stos son aliviados por el flujo. Algunos fluidos pueden exhibir una deformacin elstica por perodos de tiempo considerables (perodos infinitamente cortos con respecto al tiempo necesarios para obtener un flujo apreciable).

un material determinado puede ser considerado como un cuerpo elstico ideal para perodos de tiempo relativamente cortos y como un fluido viscoso ideal para perodos de tiempo relativamente largos.

Independientemente de la geometra del cuerpo y de la deformacin, un fluido siempre fluir en una forma de corte laminar.

Govier y Aziz emplean el trmino de mezclas complejas para referirse a todos los fluidos de una fase que no No-Newtonianos en comportamiento; as como a todas las mezclas multifsicas, las cuales son capaces de fluir a travs de un conducto.

El trmino de mezclas complejas se refiere a un fluido o un sistema de fluidos, para los cuales la mecnica de fluidos convencional newtonianos-una fase no se aplican

Mezclas de una fase: Los fluidos de una fase son verdaderaemente homogneos y aun cuando su comportamiento de flujo no es siempre simple, este comportamiento no es complicado por la variacin en la concentracin de las fases.

Mezclas Multifsicas: Es un movimiento concurrente de gases libres y lquidos en las tuberas o ductos.Estas mezclas pueden descritas bajo condiciones reales de flujo y la distribucin de cada una de las fases:

Dispersin Fina: Pequeas burbujas de gas, gotas de lquidos inmiscibles o partculas slidas ms o menos uniformes dispersas en una fase lquida continua; o bien continua; o bien partculas slidas o gotas de lquidos ms o menos uniformes distribuidas en una fase gaseosa contina.

Dispersin Gruesa: Burbujas de gas, gotas de lquidos inmiscibles o partculas slidas grandes y dispersas en una fase contina lquida: o grandes gotas de lquido o partculas slidas dispersas en una fase contina de gas.

Macro-Mezclas: Mezclas altamente turbulenta de gas y lquido o de lquidos inmiscibles bajo condiciones de flujo en donde ninguna de las fases es continua.

Estratificado: mezcla de gas-lquido o dos lquidos inmiscibles, bajo condiciones de flujo donde ambas fases son continuas.

Fluido SeudoHomogneo: Ya sea una dispersin fluido-fluido o fluido-slido se comporte como un fluido homogneo o no, depender del grado de turbulencia del flujo o de la velocidad de separacin de las fases, la cual a su vez depende del tamao, forma, densidad y concentracin d las partculas, as como de la densidad y viscosidad del fluido.

Clasificacin y Descripcin de los Fluidos

Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo a su comportamiento bajo accin de un esfuerzo cortante y a la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo resultante en un flujo laminar y unidireccional, a temperatura constante.

Considerese un sistema de dos placas paralelas separadas por un fluido; estas placas son infinitamente grandes con respecto a la separacin de ellas.

Suponga que la placa superior se est moviendo con una velocidad Ux + dUx, en tanto que la placa inferior lo hace a una velocidad Ux. As, la velocidad de flujo adyacente a las placas es la misma que la velocidad de stas. Por lo tanto, el fluido est sujeto a un deformacin du/dy la cual es un gradiente de velocidad de corte ().

En tanto la fuerza cortante F por rea unitaria A, impuesta sobre el fluido y tendiente a causar el movimiento del mismo, es denominado esfuerzo cortante().

Respuesta de un Fluido a la accin de corte

As para todos los fluidos existe una relacin entre el esfuerzo cortante impuesto y la velocidad de corte resultante. Por consiguienyte, esta relacion es diferente para todos los fluidos y puede ser distinta para el mismo fluido, bajo condiciones diferentes de Presin y Temperatura.

La relacin: = f()

Es nica para cada tipo de fluido; siendo caracterstica para un fluido bajo condiciones dadas de presin y temperatura.

Esta relacin funcional entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte es conocida como la ECUACIN REOLGICA o CONSTITUTIVA del fluido; est relacin no es simple, ya que depende de otros factores tales como:

Interacciones qumicasCambios de orientacinAlineacin de partculas y molculasConcentracin de la fase, etc.

De esta y basados en la forma de las ecuaciones reolgicas o en sus reprogramas (representacin grafica de la reolgica), los fluidos se clasifican en varios tipos:

As los fluidos se clasifican en dos grandes grupos:

FLUIDOS PURAMENTE VISCOSOS

FLUIDOS VISCOELSTICOS estos exhiben propiedades viscosas y elsticas.

De acuerdo a su comportamiento bajo la accin de un esfuerzo cortante y la velocidad d corte inducida por dicho esfuerzo, los fluidos se clasifican como FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS.

Clasificacin Reolgica de los Fluidos

Fluidos Newtonianos:Puramente Viscosos

Fluidos No Newtonianos:

Los fluidos No Newtonianos son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la Ley de la Viscosidad de Newton. Por exclusin, en este grupo se incluye a todos los fluidos que no exhiben unas relacin directa entre es esfuerzo cortante y la velocidad de corte.

A su vez estos pueden subdividirse en dos grupos:

Fluidos Independientes del tiempo

Fluidos Dependientes del tiempo

Fluidos Independientes del Tiempo

Son as denominados debido a que sus propiedades reolgicas no cambian con la duracin del conrte o con su historia de corte.

En stos se encuentran:

Fluidos Plsticos de BinghamSeudoplsticosDilatantesDilatantes y Seudoplsticos con punto de cedencia

Fluidos Plsticos de Bingham:

Son un caso idealizado de los fluidos No-Newtonianos; pues a fin de iniciar su movimiento se requiere vencer un esfuerzo inicial finito, denominado esfuerzo o punto de cedencia. Una vez que dicho esfuerzo inicial ha sido excedido, estos fluidos exhiben una relacin lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte.

Fluidos Seudoplsticos:

Son aquellos fluidos para los cuales un esfuerzo cortante infinitesimal iniciar su movimiento y para el cual el ritmo de incremento en el esfuerzo cortante decrece conforme se incrementa la velocidad de corte.

Fluidos Dilatantes:

Estos fluidos presentan un comportamiento similar a los fluidos Seudoplsticos, con la diferencia que estos fluidos el ritmo de incremento del esfuerzo cortante con la velocidad de corte se incrementa.

Fluidos Seudoplsticos y Dilatantes con Punto de Cedencia:

Son aquellos fluidos que exhiben un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia, como en el caso de los Fluidos Plsticos de Bingham; pero una vez que el esfuerzo inicial ha rebasado la relacin entre el esfuerzo cortante, en exceso del esfuerzo inicial, con la velocidad de corte resultante no es lineal. Es decir, una vez que el esfuerzo de cedencia ha sido excedido, su comportamiento esfuerzo-deformacin se asemeja al comportamiento de los Fluidos Seudoplticos o Dilatantes.

Fluidos Dependientes del Tiempo

Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reolgicas varan con la duracin del corte (esfuerzo cortante y la velocidad de corte), dentro de ciertos limites. Los fluidos Dependientes del tiempo se subdividen en

Tixotrpicos: son aquellos fluidos a los cuales el esfuerzo cortante decrece con la duracin del corte.

Fluidos Reopcticos: a diferencia de los tixotrpicos, en estos fluidos el esfuerzo cortante se incrementa conforme se incrementa la duracin del corte.

Fluidos ViscoElsticos

Son denominados asi debido a que presentan caractersticas intermedias entre los fluidos puramente viscosos y los slidos puramente elsticos, especialmente la caracterstica de deformacin bajo la accin de un esfuerzo y de retornar a su forma original indeformada cuando cesa la accin de dicho esfuerzo. Es decir, recobran su forma original despus de la deformacin a la que han sido sujetos, cuando cesa la accin del esfuerzo.

Fluidos de Perforacin

Los fluidos de perforacin son generalmente suspensiones de slidos, los cuales presentan caractersticas de flujo bastante complejas, pues no siguen, al menos en una forma rigurosa, ninguno de los comportamientos reolgicos descritos anteriormente.

Adems las condiciones de flujo tales como la presin y la temperatura, as como las diferentes velocidades de corte encontradas en los pozos petroleros, tienden a agravar el entendimiento de las propiedades de flujo de estos fluidos.

De acuerdo con las funciones que tienen que cumplir estos fluidos, las caractersticas tixotrpicas son deseables; pero esta dependencia del tiempo deber de ser eliminada antes de estudiarlos desde el punto de vista reolgico.

Los Fluidos de Perforacin o lodos de perforacin pueden ser estudiados como Fluidos No-Newtonianos e Independientes del tiempo; es decir, pueden ser considerados como Fluidos Plsticos de Bingham y/o Seudoplsticos con y sin punto de Cedencia.

Algunas de las relaciones empleadas para describir a estos fluidos han sido aplicadas al comportamiento reolgico de los fluidos de perforacin, terminacin y reparacin de pozos petroleros.

los fluidos de perforacin, terminacin y reparacin de pozos pueden ser representados por varios modelos reolgicos o ecuaciones constitutivas; entre la cuales y las mas empleadas son el Modelo de Bingham, Ostwald de Waele y Herschel-Bulkley. Recientemente, los modelos de Robertson y Stiff y de Casson han sido propuestos para caracterizar a los fluidos de perforacin y las lechadas de cemento.

Los modelos mas complejos son los de Ellis y el de Sisko han sido y pueden ser empleados en algunos casos.

EquipoTema1Modelo Newtoniano y Plstico de Bingham2Modelo de Ley de Potencia y Ley de Potencia Modificado3Modelo de Ostwald de Waele 4Modelo de Herschel-Bulkley5Modelos de Robertson y Stiff 6Modelo de de Casson