Viscosidad Extensional Textura y Reología
por Dra. Mª Jesús Hernández Lucas©
Hasta los años 60, los estudios reológicos estaban protagonizados por los flujos de cizalla. A partir de entonces el interés por el flujo extensional ha aumentado tras ser conscientes de que éste tenía gran importancia en multitud de situaciones prácticas y que los líquidos elásticos no newtonianos exhibían comportamientos extensionales muy diferentes de los newtonianos.
Éste es un campo actualmente en desarrollo, con gran dedicación en la investigación en reología. La dificultad en su medida hace que hasta ahora no hayan aparecido los primeros prototipos de reómetros extensionales de carácter comercial.
Se pueden considerar tres tipos de flujo extensional (o elongacional): uniaxial (a), biaxial(b) y plano (c), de manera que se definen tres viscosidades extensionales, ηE, ηb, ηp.
Se pueden considerar tres tipos de flujo extensional (o elongacional): uniaxial (a), biaxial(b) y plano (c), de manera que se definen tres viscosidades extensionales, ηE, ηb, ηp.
Tenemos, por tanto, una viscosidad extensional que es función de la velocidad de deformación. El principal problema de la medida de la viscosidad extensional es el hecho de que resulta imposible alcanzar el estado estacionario, de equilibrio.
Además de esta dificultad, resulta muy complicado medir un esfuerzo de tracción en fluidos con muy baja viscosidad. Existen muchos métodos que implican una velocidad de extensión incontrolada y muy variable. Por eso se suele hablar de viscosidad “aparente” o “instantánea”.
Se han considerado diferentes posibilidades de fenómenos donde aparece flujo extensional, como la tracción de fluido entre dos placas, el hilado (1), los estancamientos (2), la contracción de flujo en extrusión (3), sifón abierto, etc.
Una forma sencilla de medirlo sería la filmación en vídeo y medida de la caída de una gota de una jeringuilla. En un fluido no newtoniano, la gota no se cortaría inmediatamente, sino que arrastraría un filamento consigo. Sabiendo la fuerza que hace la gota, el tiempo que tarda en caer y la longitud y radio del filamento, se puede estimar esa viscosidad extensional.
A continuación se puede observar una secuencia de fotos de una tracción de un fluido con alta viscosidad extensional.
En esta idea se basan los nuevos reómetros extensionales que están a punto de salir al mercado. Éstos llevan un haz láser que permite medir el radio del filamento, que evidentemente va cambiando con el tiempo al producirse la tracción, hasta que se rompe.
En cuanto a los valores de la viscosidad extensional, resulta que para fluidos newtonianos
ηE= 3η
relación obtenida por Trouton en 1906. En los fluidos no newtonianos, la viscosidad extensional es función de e , y suele ser bastante más grande que la viscosidad de cizalla. Para comparar, se suele definir el cociente de Trouton, que da la relación entre la viscosidad extensional y la de cizalla.
Observad el siguiente ejemplo.
En la gráfica de la izquierda tenemos la curva de viscosidad extensional de la xantana al 3% y de una disolución de un polímero que tiene la misma viscosidad de cizalla. Mientras que, en general, para la cizalla tenemos que los fluidos son “shear thinning”, en flujo extensional se obtienen diferentes regiones, que se podrían considerar “tension thinning” y “tension thickening”, como puede verse la figura de la derecha para un polímero de alto peso molecular.
Por último, en las fotografías siguientes se muestra un efecto curioso derivado de la viscosidad extensional: un fluido contenido en un vaso de precipitados que se vacía solo...
Se han considerado diferentes posibilidades de fenómenos donde aparece flujo extensional, como la tracción de fluido entre dos placas, el hilado (1), los estancamientos (2), la contracción de flujo en extrusión (3), sifón abierto, etc.
Una forma sencilla de medirlo sería la filmación en vídeo y medida de la caída de una gota de una jeringuilla. En un fluido no newtoniano, la gota no se cortaría inmediatamente, sino que arrastraría un filamento consigo. Sabiendo la fuerza que hace la gota, el tiempo que tarda en caer y la longitud y radio del filamento, se puede estimar esa viscosidad extensional.
A continuación se puede observar una secuencia de fotos de una tracción de un fluido con alta viscosidad extensional.
En esta idea se basan los nuevos reómetros extensionales que están a punto de salir al mercado. Éstos llevan un haz láser que permite medir el radio del filamento, que evidentemente va cambiando con el tiempo al producirse la tracción, hasta que se rompe.
En cuanto a los valores de la viscosidad extensional, resulta que para fluidos newtonianos
ηE= 3η
relación obtenida por Trouton en 1906. En los fluidos no newtonianos, la viscosidad extensional es función de e , y suele ser bastante más grande que la viscosidad de cizalla. Para comparar, se suele definir el cociente de Trouton, que da la relación entre la viscosidad extensional y la de cizalla.
Observad el siguiente ejemplo.
En la gráfica de la izquierda tenemos la curva de viscosidad extensional de la xantana al 3% y de una disolución de un polímero que tiene la misma viscosidad de cizalla. Mientras que, en general, para la cizalla tenemos que los fluidos son “shear thinning”, en flujo extensional se obtienen diferentes regiones, que se podrían considerar “tension thinning” y “tension thickening”, como puede verse la figura de la derecha para un polímero de alto peso molecular.
Por último, en las fotografías siguientes se muestra un efecto curioso derivado de la viscosidad extensional: un fluido contenido en un vaso de precipitados que se vacía solo...
Ver también: I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | XIII | XIV | XV | XVI | XVII
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