Metodos de Medidas Reologicas
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Curso de Reología Aplicada Febrero 2006Dr. Javier Blasco Alberto. Área de Mecánica de Fluidos. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Métodos de medidas reológicas
Parte II
Fluidosviscoelásticos
Curso de Reología Aplicada Febrero 2006Dr. Javier Blasco Alberto. Área de Mecánica de Fluidos. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Contenido
1) Introducción
2) Modelos
3) Ensayos reológicos
4) Fuentes de error
Curso de Reología Aplicada Febrero 2006Dr. Javier Blasco Alberto. Área de Mecánica de Fluidos. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Introducción
Curso de Reología Aplicada Febrero 2006Dr. Javier Blasco Alberto. Área de Mecánica de Fluidos. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Manifestación de viscoelasticidad
• Vertido de fluido viscoelástico
Vídeo: min 5:44 - 7:03
http://web.mit.edu/fluids/www/Shapiro/ncfmf.html
Curso de Reología Aplicada Febrero 2006Dr. Javier Blasco Alberto. Área de Mecánica de Fluidos. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Manifestación de viscoelasticidad
• Dejamos caer bola en vaso de precipitados
Vídeo: min 7:04 - 7:28
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Manifestación de viscoelasticidad
• Causas de este comportamiento– Mezcla de sólido (elástico) y fluido (viscoso)– Aparecen esfuerzos normales – El fluido “almacena” energía (muelle) que luego libera
– CUIDADO con la liberación de la energía …(ejemplo: bombeo)
Vídeo: min 7:28 – 8:15
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Manifestación de viscoelasticidad
• Ascenso por el eje de giro(rod climbing o Efecto Weissenberg)
Vídeo: min 14:30 – 16:00
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Manifestación de viscoelasticidad
• Dilatación al salir de un tubo (die swell)
Sección desalida
Expansióndel fluido
Vídeo: min 20:00-20:25
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Ejemplos de viscoelasticidad
• Ejemplos– Sangre (glóbulos rojos elásticos + líq. newt.)– Polímeros fundidos– Adhesivos– Harina con agua
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Modelos
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ModelosSólido de Hooke
Fluido newtoniano
Kelvin-Voigt Maxwell
Burgers
Prof. R. Moreno 2005
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Ensayosreológicos
Curso de Reología Aplicada Febrero 2006Dr. Javier Blasco Alberto. Área de Mecánica de Fluidos. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Ensayos
1) Esfuerzos normales
2) Expansión al salir del molde
3) Ensayo de fluencia (“creep and recovery”)
4) Ensayo oscilatorio (usado en las prácticas)
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Ensayo 1: difer. esf. normales
• Medir diferencia de esfuerzos normales
• Comparar N1 con el esfuerzo de cizalla
1 11 22N σ σ= −
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Ensayo 2: expansión salida tubo
• Grosor del fluido extruido: medido con láser
• Inconvenientes:– Medida relativa de la viscoelasticidad (i.e. indirecta)
• Ventajas:– Mide la viscoelasticidad en condiciones normales de
trabajo (altas velocidades de cizalla)
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Ensayo 3: Ensayo de fluenciaEsfuerzo
Deformación
1ª fase:esfuerzoconstante
2ª fase:esfuerzocero
Esperar al estacionario
creeprecovery
Modo CS
t
t
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Ensayo de fluencia
t
t
Esfuerzo
Deformación
Sólido de Hooke
Se deformainstantáneamentecierta cantidad
Se recuperainstantáneamente
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Ensayo de fluencia
t
t
Esfuerzo
Deformación
Fluido newtoniano
Se deformaindefinidamente
Deja de deformarseinstantáneamente
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Ensayo de fluencia
t
t
Esfuerzo
Deformación
Fluido newtonianocon esfuerzo umbral
y σ<σy
¡Como un sólido!Se recuperainstantáneamenteSe deforma
instantáneamentecierta cantidad
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Ensayo de fluenciaEsfuerzo
Deformaciónt
Vuelve progresivamentehasta deformación cero
t
Se deformaprogresivamentehasta un límite
Modelo Kelvin-Voigt
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Ensayo de fluenciaEsfuerzo
Deformaciónt
Mantiene esadeformación
t
Sólido:deformacióninstantánea
Fluido de Maxwell
Fluido newtoniano:deformaciónindefinida
Recuperacióninmediata
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Ensayo de fluenciaEsfuerzo
Deformaciónt
Mantiene esadeformación
t
Sólido:deformacióninstantánea
Modelo de Burger
Recuperacióninmediata
F. newt.
Evolución progresiva
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Ensayo de fluencia
Ventajas de este ensayo
– Permite averiguar si el fluido se asemeja a un modelo• Sólido de Hooke• Fluido Newtoniano• Modelo de Kelvin-Voigt• Fluido de Maxwell• Modelo de Burger
– Permite medir su esfuerzo umbral (p.ej. pinturas)(yield stress, punto de flujo)
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Ensayo de fluencia
Precauciones
– Modelos sólo válidos en zona lineal(esfuerzos pequeños)
– PERO ... En aplicaciones industriales, esfuerzos elevados (p.ej. mezcladores)
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Ensayo 4: ensayo oscilatorio
• Se somete a la muestra a una deformación oscilante de pequeña amplitud (γ<1º)
• Entonces se mideel esfuerzo que haceel fluido
• Otra opción:al revés
0 cos tγ γ ω=
0 cos tσ σ ω=
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Ensayo oscilatorio
• Según el desfase entre– Deformación aplicada– Esfuerzo medido
• δ=0º sólido elástico• δ=90º fluido puramente viscoso• 0<δ<90 fluido viscoelástico
0 cos tγ γ ω=( )0 cos tσ δσ ω= +
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Ensayo oscilatorio
Sólido elástico (δ=0º)
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Ensayo oscilatorio
Fluido puramente viscoso (δ=90º)
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Ensayo oscilatorio
Fluido viscoelástico(0<δ<90º)
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Ensayo oscilatorio
Módulo complejo: G*
G* = G’ + iG’’
Módulo de pérdida(parte viscosa = irreversible)Módulo elástico
o módulo de almacenamiento(parte elástica = recuperable)
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Ensayo oscilatorio
• Hay que hacer un barrido en frecuencia para obtener δ(ω) y G(ω)
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Ensayo oscilatorio
Ventajas– Oscilaciones pequeñas:
no se estropea la estructura interna de la muestra
Inconvenientes– Barrido en frecuencias lleva su tiempo
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Fuentesde error
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Fuentes de error
• Exceso de muestra en vaso
Se lanza fueraparte del fluido:mayor cizalla
Exceso de peso(más inercia)despreciable
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Fuentes de error
• Calentamiento por fricción a alta cizalla
– Si la muestra es poco conductora:– Aumentará su temperatura (fricción)– Por tanto, disminuirá su viscosidad
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Fuentes de error
• Cambios físico-químicos en muestra
– Gelificación, endurecimiento, ...– Pérdida de disolvente, sedimentación
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Fuentes de error
• Evaporación del disolvente
– Disminuir superficie abierta– Poner exceso de muestra– Cubrir el sistema de medida (se satura)