CLASE 5 REO
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REOLOGÍA Código: 770020M
Programa Académico: 3741, Ingeniería de
Materiales
Créditos: Tres
Período: Agosto a Diciembre de 2015
Día y hora: Viernes :14:00 - 17:00
Profesor:
Ing. Edgar Franco Ph.D
UNIVERSIDAD DEL VALLE
CALI, COLOMBIA
PARÁMETROS DE LA VISCOSIDAD
La naturaleza de la substancia
La temperatura
La presión
El gradiente de velocidad o velocidad
de corte
El tiempo
POR NATURALEZA SE ENTIENDE…...
La constitución físico - química de la substancia a la cual se le mide la viscosidad
agua, alcohol, un polímero fundido, una
suspensión de arcilla, etc.
INFLUENCIA SOBRE LA VISCOSIDAD
La temperatura, notable
La presión, sólo si es elevada
El gradiente de velocidad, sólo si el fluido es no-Newtoniano
El tiempo es importante cuando la viscosidad de una dispersión depende también de la duración de cualquier tratamiento previo al ensayo
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD DINÁMICA
CON LA TEMPERATURA
Ecuación de Arrhenius
h= AeB/T B=E/R, donde E es la energía de activación y R es la constante de los gases.
A y B depende del solvente, de la concentración, y de la distribución de peso
molecular (en un polímero). Valores típicos de E son 2.9x10 exp4 J/mol para
polietileno y 9.3x10 exp4 J/mol para poliestireno, 100 K por encima de la
temperatura de transición vítrea.
Ecuación Empírica
Log h = A*/T + B*
A*, B* Constantes. T en K
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD DINÁMICA
CON LA TEMPERATURA
La ecuación de Arrhenius es adecuada para polímeros
fundidos y muchas disoluciones cuando se encuentran por
encima de su temperatura de transición vítrea.
Para polímeros que se encuentren cerca de su temperatura de
transición vítrea y para disoluciones concentradas se suele
emplear la ecuación de Williams-Landel-Ferry (WLF):
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD DINÁMICA
CON LA TEMPERATURA
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD DINÁMICA
CON LA TEMPERATURA
EJEMPLO: APLICACIÓN ECUACIÓN WFL Y CARREAU
CALCULAR LA CAIDA DE PRESION A 220°C
CALCULAR LA CAIDA DE PRESION A 190°C
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA
PRESIÓN
Para presiones que difieren poco de la
atmosférica, del orden de un bar, los
cambios son bastante pequeños. Por
esta razón en los usos de la mayoría de
los fluidos este factor apenas se toma en
consideración; pero hay casos, como en
la industria de lubricantes, donde las
medidas de viscosidad han de tomarse a
elevadas presiones.
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA
PRESIÓN
Las presiones soportadas por lubricantes
en engranajes son del orden de 1GPa.
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA
PRESIÓN
En el caso de los polímeros, la viscosidad del fundido se ve también afectada por la presión. La compresión de un fundido reduce el volumen libre y por tanto aumenta la viscosidad. Por ejemplo, la viscosidad de un polietileno de baja densidad aumenta del orden de 10 veces cuando se pasa de 34-170 MPa.
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA
PRESIÓN
De forma general se puede expresar la
viscosidad como una función de la presión y
la temperatura:
REOMETRÍA
Se ocupa de la determinación, con ayuda de
técnicas de medición, de las funciones
reológicas de los distintos tipos de materiales
con el fin de caracterizarlos.
REÓMETRO
Instrumento que mide tanto el esfuerzo como
la historia de la deformación.
VISCOSÍMETRO
Instrumento que a diferencia del reómetro
mide únicamente la viscosidad, a unas
determinadas condiciones.
CLASIFICACIÓN DE LOS REÓMETROS
De acuerdo a la Cinemática (tipo de deformación):
Cizallamiento: Flujo de arrastre y Flujo por presión
Elongación
De acuerdo a la Geometría:
Deformación homogénea (plato y cono)
Deformación no homogénea (Capilares)
Compleja (MFI)
CLASIFICACIÓN DE LOS REÓMETROS
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL TIPO DE FLUJO
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL TIPO DE FLUJO
TIPOS DE GEOMETRÍA Y SUS CARACTERÍSTICAS
MECÁNICA DE FLUJO EN
VISCOSIMETRÍA CAPILAR
En viscosimetría capilar el líquido es forzado a través de un tubo y la viscosidad es determinada al conocer:
la velocidad de flujo
la presión aplicada
la geometría del tubo
Sea un fluido newtoniano o no newtoniano.
Considerar una columna imaginaria de fluido que fluye bajo Dp aplicada a los extremos del tubo
Se efectúa un balance asumiendo que el flujo es estacionario, los efectos de pared y extremo son despreciables. Por lo tanto:
Balance de fuerzas para flujo
laminar en un tubo capilar
