Comportamiento reológico de las sustancias

Reología: es la ciencia que estudia la deformación y flujo de la materia cuando está sometida a tensiones y esfuerzos.

Diagrama Reológico: Es la gráfica τ  vs dv/ dy , que sirve para identificar el tipo de fluido en función de la visciosidad.

En el diagrama reológico, la pendiente de la curva tensión tangencial frente a la velocidad de deformación es la viscosidad del fluido. Si la pendiente es constante, se tiene un fluido newtoniano, y a los fluidos de comportamiento reológico no lineal se les denomina “no newtonianos”.

Normalmente, bajo una determinada tensión tangencial, la velocidad de deformación no varía con el tiempo; pero en determinados fluidos, la velocidad de deformación puede aumentar con el tiempo: fluido reopéctico, o puede disminuir con el tiempo: fluido tixotrópico.

FLUIDO NEWTONIANO:

Cumple con la ley de Newton de la viscosidad.

Su viscosidad no varía con la deformación del fluido ni con el tiempo, pero sí puede ser alterada con un cambio de valor de su temperatura.

La relación entre la tensión tangencial y la velocidad de deformación es lineal, la constante de proporcionalidad entre ambas variables es la viscosidad dinámica.

La representación de un fluido newtoniano en el diagrama reológico, es una recta que pasa por el origen, los fluidos muy viscosos son rectas de gran pendiente, y los poco viscosos son rectas de poca pendiente.

Los fluidos más comunes (agua, aire) exhiben un comportamiento newtoniano.

FLUIDO NO NEWTONIANO: No cumple con la ley de Newton de la viscosidad. La relación entre la tensión tangencial y la velocidad de deformación no es lineal. El esfuerzo cortante y la deformación del fluido dependen del tipo de sustancia que se considere.

FLUIDO IDEAL: si se considera un fluido en donde sus partículas pueden moverse sin interaccionar unas con otras, se comporta de tal manera que en su movimiento no hay transferencias entre partículas; su representación en el diagrama reológico es el eje horizontal: en el proceso de flujo no hay ningún tipo de esfuerzo tangencial; con este tipo de comportamiento el fluido se denomina ideal.

En un fluido ideal todos los coeficientes de transporte son nulos: viscosidad nula o fluido no viscoso (coeficiente de transporte de cantidad de movimiento), conductividad térmica nula (coeficiente de transporte de calor) y difusividad nula (coeficiente de transporte de masa).

PLÁSTICO IDEAL O PLÁSTICO DE BINGHAM: se comporta como un fluido newtoniano, pero tiene una tensión tangencial umbral, por debajo de la cual el fluido no fluye; sometido a tensiones tangencial mayores que el umbral, existe una deformación continua, que es proporcional a la tensión aplicada. En el diagrama reológico un plástico de Bingham está representado por una recta de determinada pendiente que se inicia en la tensión umbral. Este tipo de comportamiento, lo suelen tener los fluidos empleados en alimentación: mayonesa, mostaza, margarina, ketchup,...

PSEUDOPLÁSTICO: bajo tensiones tangenciales pequeñas fluye con dificultad, pero conforme se aumenta las tensiones de corte, el proceso de fluir mejora, es decir va disminuyendo la viscosidad; en el diagrama reológico un pseudoplástico está representado por una curva que pasa por el origen, monótona decreciente, es decir, de viscosidad (pendiente) continuamente decreciendo con el aumento de tensión aplicada. Este comportamiento, es el que tiene las suspensiones, en donde en el seno de un fluido hay una cierta densidad de partículas sólidas: a tensiones tangenciales bajas, las partículas sólidas siguen homogéneamente repartidas, y conforme aumentan las tensiones tangenciales, éstas orientan las partículas sólidas con el flujo, y la suspensión baja su viscosidad.

FLUIDO VISCOELÁSTICO: tiene un comportamiento reológico con dos componentes: una componente de sólido elástico a través del módulo de elasticidad de cizalla, y una componente de fluido viscoso a través de su coeficiente de viscosidad. Los polímeros de peso molecular elevado, se comportan como fluido viscoelástico: bajo pequeños esfuerzos, el comportamiento es prácticamente de sólido elástico, al tenerse grandes agrupaciones de macromoléculas; cuando se fuerza el proceso de fluir, el flujo orienta longitudinalmente las macromoléculas, y el comportamiento es prácticamente como un fluido.

FLUIDO DILATANTE: su proceso de deformación continua bajo esfuerzos tangenciales es menos acusado conforme aumentan los citados esfuerzos; en un diagrama reológico su comportamiento está representado por una curva que pasa por el origen, monótona creciente, es decir, de viscosidad continuamente creciente con el aumento de la tensión tangencial aplicada. Es lo que ocurre en las emulsiones, en donde el movimiento relativo entre partículas, originado por el flujo hace que aumenten las uniones dipolares, con lo que aumenta la viscosidad.

Fluido	K	n	σ0	Ejemplos típicos
Herschel-Bulkley	>0	0<n<α	>0	Pasta de uva seca, pasta de pescado picado
Newtoniano	>0	1	0	Agua, miel, jugo de frutas, diesel, aceite vegetal, etc
Pseudoplástico	>0	0<n<1	0	Puré de bananas, jugo de naranja concentrada, etc
Dilatante	>0	1<n<α	0	Algunos tipos de mieles, etc
Plástico Bingham	>0	1	>0	Pasta de dientes, pasta de tomate, etc

TENSIÓN SUPERFICIAL

Es una fuerza que produce efectos de tensión en la superficie de los líquidos, justamente donde el fluido entra en contacto con otro fluido no miscible, particularmente un líquido con un gas o con un contorno sólido.

El origen de esta fuerza es la cohesión intermolecular  y la adhesión  del fluido al sólido.

La tensión superficial es numéricamente igual  a la fuerza de estiramiento necesaria para formar una película o membrana, por unidad de longitud de una línea hipotética trazada sobre la película en equilibrio.