Importancia de la Reología en la Industria Prof. María Isabel Briceño Fenómenos Avanzados.
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Importancia de la Importancia de la Reología en la IndustriaReología en la Industria
Prof. María Isabel Briceño
Fenómenos Avanzados
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2
Reología…
Disciplina científica que estudia el movimiento y la deformación de la materia cuando es sometida a un esfuerzo.
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3
Reología…
Rheos Movimiento
“Todo fluye (panta rheis)”… ¡eventualmente!
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4
Reología…
El flujo de un material depende de la magnitud del esfuerzo aplicado y y del tiempo de observación…
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5
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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6
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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8
Reología…
Viscosa líquidos
Elástica sólidos
Tipos de respuestas más sencillos (¡ideales!):
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9
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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26
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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36
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