Reología Conceptos.docx

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INDICE Introducción ........................................................................................................................................ 2 Reología ............................................................................................................................................... 2 Fluidos ................................................................................................................................................. 2 Características de los fluidos ............................................................................................................... 3 Clasificación de los fluidos................................................................................................................... 4 Newtonianos ....................................................................................................................................... 4 No Newtonianos.................................................................................................................................. 4 Conclusión ........................................................................................................................................... 7 Bibliografía .......................................................................................................................................... 8

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Introducción El estudio de los fluidos es de suma importancia en varios campos como lo es la aeronáutica, la ingeniería civil, oceanografía y por supuesto la ingeniería química. Conocer a cerca de su comportamiento nos ayudara a poder sentar las bases y ahondar en varios temas de esta materia que es mecanismos de transferencia así como en un futuro nos ayudara a realizar problemas acerca de ciertos procesos unitarios que se nos presentaran en un futuro.

Reología: es la parte de la física que estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir. La reología es una parte de la mecánica de medios continuos. Una de las metas más importantes en reología es encontrar ecuaciones constitutivas para modelar el comportamiento de los materiales. Dichas ecuaciones son en general de carácter tensorial. Las propiedades mecánicas estudiadas por la reología se pueden medir mediante reómetros, aparatos que permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algunas de las propiedades reológicas más importantes son:     

Viscosidad aparente (relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte) Coeficientes de esfuerzos normales Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio) Módulo de almacenamiento y módulo de perdidas (comportamiento viscoelástico lineal) Funciones complejas de visco elasticidad no lineal

Los estudios teóricos en reología en ocasiones emplean modelos microscópicos para explicar el comportamiento de un material. Por ejemplo, en el estudio de polímeros, estos se pueden representar como cadenas de esferas conectadas mediante enlaces rígidos o elásticos.

Fluidos: un tipo de medio continúo formado por alguna sustancia entre cuyas partículas solo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).

3 Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propias. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

Características de los fluidos: 

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Movimiento no acotado de las moléculas: son infinitamente deformables, los desplazamientos que un punto material o molécula puede alcanzar en el seno del fluido no están determinados (esto contrasta con los sólidos deformables, donde los desplazamientos están mucho más limitados). Esto se debe a que sus moléculas no tienen una posición de equilibrio, como sucede en los sólidos donde la mayoría de moléculas ejecutan pequeños movimientos alrededor de sus posiciones de equilibrio. Compresibilidad: todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases que son altamente compresibles. Sin embargo, la compresibilidad no diferencia a los fluidos de los sólidos, ya que la compresibilidad de los sólidos es similar a la de los líquidos. Viscosidad: aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos. La viscosidad hace que la velocidad de deformación pueda aumentar las tensiones en el seno del medio continuo. Esta propiedad acerca a los fluidos viscosos a los sólidos viscoelásticos. Distancia Molecular Grande: esta es una de las características de los fluidos en la cual sus moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en comparación con los sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas externas y facilita su compresión. Fuerzas de Van der Waals: esta fuerza fue descubierta por el físico holandés Johannes Van der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen de las moléculas y las fuerzas intermoleculares y en la distribución de cargas positivas y negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión, volumen, y temperatura de los fluidos. Ausencia de memoria de forma: es decir, toman la forma del recipiente que lo contenga, sin que existan fuerzas de recuperación elástica como en los sólidos. Debido a su separación molecular los fluidos no poseen una forma definida por tanto no se puede calcular su volumen o densidad a simple vista, para esto se introduce el fluido en un recipiente en el cual toma su forma y así podemos calcular su volumen y densidad, esto facilita su estudio. Esta última propiedad es la que diferencia más claramente a fluidos (líquidos y gases) de sólidos deformables.

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Clasificación de los fluidos: Newtonianos: Características: el esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de deformación. La constante de proporcionalidad que los relaciona es la viscosidad, que depende de la temperatura y composición (y a veces de la presión) pero no del tiempo ni de la rapidez de deformación. Ejemplos: Casi todos los fluidos simples: agua, aire y otros gases, compuestos orgánicos no poliméricos, aceites (a bajas velocidades de deformación).

Agua

Aceite

Gas

No Newtonianos: Un fluido no newtoniano es aquel que no tiene una viscosidad definida y constante, al contrario que los fluidos convencionales que siguen la mecánica newtoniana. En los fluidos newtonianos la viscosidad puede describirse en función de la temperatura y la presión sin que intervengan otras fuerzas. En los fluidos no newtonianos, por el contrario, la viscosidad depende de la temperatura y de la fuerza cortante a la que esté sometido el fluido. El agua es uno de los mejores ejemplos de fluido newtoniano; como fluidos no newtonianos podemos citar la miel, la sangre, numerosos tipos de geles y pinturas, etc. Características: Un fluido no-newtoniano en reposo se comporta como un líquido mientras que si se somete a fuerzas de estrés aumenta su viscosidad. Si golpeas sobre la superficie de un fluido no newtoniano, el estrés introducido por la fuerza entrante hace que los átomos que componen el fluido se reorganicen aumentando la viscosidad, incluso hasta comportarse como un sólido por un instante. Tu mano no penetrará en el fluido. Pero si vas introduciendo la mano en el fluido lentamente, sin embargo, podrás meterla en el fluido sin problemas. Y si la mano está dentro e intentas sacarla rápidamente, el fluido se volverá a comportar como un sólido y podrás sacar el fluido del contenedor junto a tu mano. A mayor fuerza aplicada mayor viscosidad. Este efecto suele durar sólo mientras la fuerza es aplicada.

5 Clasificación

Tipo de fluido

Plástico ideal o de Bingham.

Características Permanece rígido mientras el esfuerzo cortante es menor de un determinado valor , por encima del cual se comporta de forma semejante a un fluido newtoniano.

Fluidos tixotrópicos.

Fluidos reopécticos. Dependientes del tiempo

Fluidos viscoelásticos Clasificación:

Ejemplos

Presentan una disminución limitada de la viscosidad con el tiempo al aplicar repentinamente un esfuerzo cortante. Aumentan su viscosidad con el tiempo en las mismas condiciones que los fluidos tixotrópicos

Emulsiones. Pinturas. Lodos de perforación. Sólidos en suspensión en líquidos o agua, etc. Suspensiones acuosas de arcilla. Napalm en keroseno. Mostaza. Pasta de papel en agua, etc. Harina de maíz mezclada con agua. Disoluciones de almidón muy concentradas. Dióxido de titanio, etc. Algunos aceites del petróleo. Yogurt. Nylon. Salsa de tomate, etc. Pastas de yeso. Algunas tintas de impresora. Clara de huevo.

Recobran parcialmente su forma original al cesar el esfuerzo cortante.

Nata. Asfalto. Gelatina. Helado

No tienen una tensión de fluencia para que comiencen a Independientes Fluidos deformarse, pero su del tiempo pseudoplásticos viscosidad disminuye al aumentar el gradiente de velocidad.

Fluidos dilatantes.

Ecuación constitutiva

Son fluidos en los que se produce un aumento de la viscosidad con el aumento del gradiente de velocidad.

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Plásticos de Bingham

Fluidos pseudoplasticos

Fluidos dilatantes

Fluidos tixotrópicos

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Fluidos reópecticos

Flujos viscoelástico

Conclusión Es fundamental para la ingeniería química el conocer los diferentes tipos de fluidos que existen y las propiedades características que estos tienen, así como también las ecuaciones y leyes que estos obedecen, entender las características principales de estos nos ayudara más adelante en cursos posteriores de nuestra carrera en donde podremos aplicar estas bases y poder aplicarlas para la resolución de problemas que se nos presenten más complejos.

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Bibliografía Madera, L. (2016). Academia. Recuperado el 31 de enero de 2019, de CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS NO-NEWTONIANOS: http://www.academia.edu/26644920/CLASIFICACI%C3%93N_DE_LOS_FLUIDOS_NONEWTONIANOS MÉXICO, U. N. (2016). CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS NO-NEWTONIANOS. Recuperado el 31 de enero de 2019, de FLUJO DE FLUIDOS: http://www.academia.edu/26644920/CLASIFICACI%C3%93N_DE_LOS_FLUIDOS_NONEWTONIANOS Wikipedia. (2017). Reología. Recuperado el 31 de Enero de 2019, de Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Reolog%C3%ADa Wikipedia. (2019). Fluidos. Recuperado el 31 de enero de 2019, de Caracteristicas de los fluidos: https://es.wikipedia.org/wiki/Fluido