TEMA: VISCOELASTICIDAD
REOLOGIA
La ciencia de la reologia apenas tiene 80 años, fue fundada por dos científicos (Marcus
Reiner y Eugene Bingham) en los años veinte quienes tuvieron la necesidad común de
describir las propiedades del flujo del fluido. Desde ahí la reologia es una rama de la física
que estudia el comportamiento de los fluidos sometidos a diferentes tipos de esfuerzos. El
campo de la reologia se extiende desde la mecánica de los fluidos Newtonianos y la
elasticidad de Hooke.
Es la que estudia la deformación y flujo de la materia, su parámetro más característico es
la viscosidad, que mide la resistencia interna que un líquido ofrece al movimiento relativo
de sus distintas partes.
Una parte de su campo de interés corresponde a los fluidos y los polímeros. Su estudio es
esencial en muchas industrias incluyendo las de plásticos, pinturas, alimentos.
VISCOELASTICOS
Se caracterizan por presentar a la vez propiedades viscosas como elásticas, esta mezcla de
propiedades puede ser debida a la existencia en el líquido de moléculas muy largas y
flexibles o también a la presencia de partículas líquidas o sólidos dispersos. Ejemplos de
fluidos viscoelásticos: son la nata, la gelatina y los helados.
La forma más sencilla de abordar la viscoelasticidad es mediante modelos reológicos. Los
llamados modelos reológicos son sistemas mecánicos elementales que capturan de forma
sencilla los distintos tipos de comportamientos, a partir de una combinación de resortes y
amortiguadores.
La viscoelasticidad supone una elaboración de la respuesta elástica que incorpora los
efectos de dependencia de la velocidad de deformación. Estos efectos son imprescindibles
para poder modelar sólidos que poseen fluencia y relajación, dos comportamientos
fundamentales en los polímeros.
FLUENCIA:
Es el incremento continuo de la deformación bajo una carga constante. Para describir el
fenómeno de la fluencia empleamos un modelo reológico compuesto por un resorte y un
amortiguador colocados en paralelo, y que se conoce con el nombre del modelo de Kelvin.
Cuando un elemento de Kelvin se somete a una tensión esta se reparte entre el resorte y el
amortiguador de forma que se verifica en todo instante.
RELAJACIÓN:
La tensión decrece con el tiempo cuando se aplica una deformación constante. Este
comportamiento, se aclara al estudiar el elemento de Maxwell, que combina un resorte y un
amortiguador en serie.
El modelo de Maxwell se caracteriza porque cuando una tensión se aplica sobre el mismo,
ésta la recibe tanto el resorte como el amortiguador.
Sin embargo ninguno de los dos modelos (Kelvin y Maxwell) es capaz de representar en
ambos fenómenos el comportamiento viscoelástico y por tanto debemos emplear un modelo
reológico algo más complejo:
EL SÓLIDO LINEAL ESTÁNDAR:
El modelo del sólido lineal estándar combina un elemento de Maxwell, en paralelo con un
resorte Kelvin, como se indica en la Figura.
VELOCIDAD DE DEFORMACION:
El comportamiento del material es diferente para diferentes velocidades de deformación.
No existe ningún modelo que sea capaz de reproducir completamente todos los fenómenos
asociados a la Viscoelasticidad con un único par de constantes.
APLICACIONES
- Material viscoelástico
El material viscoelástico fue desarrollado originalmente a
principios de los años sesenta en el centro de Investigación Ames
de la NASA para aliviar la presión ejercida por la fuerza de la
gravedad experimentada por los astronautas durante el despegue.
También es llamada “espuma con memoria inteligente” fue usada
como material imprescindible en la fabricación de los asientos de las naves espaciales para
atenuar la fuerza del impacto de los despegues y aterrizajes, gracias a la propiedad del
material para distribuir de manera uniforme el peso y la presión y su capacidad para
amortiguar choques. Este material pasó del ámbito espacial al uso doméstico en la década
de los 90.
- En la medicina
Este producto es usado en prótesis debido a que no produce ninguna presión sobre el
cuerpo y en colchones ortopédicos que aseguran un mejor descanso.
Productos viscoelásticos son usados en cirugías oftálmicas especialmente en la extracción
de cataratas, esta sustancia debe recubrir los tejidos con mínima actividad, ser elástico,
estéril, biocompatible, biodegradable, y tener la capacidad de aspirarse sin dificultad de la
cámara del ojo, protegiendo las células endoteliales durante las manipulaciones quirúrgicas.
El Hialuronato de Sodio (HaNa) es el principal activo que se usa para la fabricación de
estos productos. Por mucho tiempo HaNa fue extraído de fuentes animales pero con el
avance de la biotecnología actualmente existen procesos
industriales para obtenerlo por fermentación bacteriana,
empleando cepas de Streptococcus zooepidemicus, lo cual
El cirujano hace una pequeña incisión en el ojoInyecta la sustancia viscoelástica hacía el interior del ojo.
El cirujano inicia a remover y extraer la catarata.
Se implanta la lente intraocular.Se retira el viscoelástico.
ha permitido reducir costos, tener una mayor productividad y pureza del HaNa en
comparación con los métodos de extracción convencionales.
Procedimiento:
Las sustancias viscoelásticas ayudan al deslizamiento de la lente y a expandir el espacio
quirúrgico en el interior del ojo.
Avances: Actualmente existen tendencias para combinar el HaNa con quitosan, material
que le confiere más elasticidad y además posee propiedades antimicrobianas, lo cual
significa que si un viscoelástico no es removido completamente finalizada una cirugía, el
resto no sería un medio de cultivo para algún microorganismo.
- Uso terapéutico
Colchones y almohadas: Los colchones viscoelásticos fomentan un descanso profundo y
reparador. Este material produce un efecto huella de memoria cuando se ejerce presión y
transmite calor sobre el mismo, pero recupera su forma original lentamente. Esta
recuperación se denomina resiliencia (High Resilence), que es la capacidad que tiene el
material de recuperar su forma original. El material viscoelástico está formado por células
abiertas que permiten que el aire circule libremente garantizando una higiene máxima.
Son usados en ingeniería aeroespacial y mecánica para controlar las vibraciones en
estructuras y máquinas. En ingeniería acústica para reducir el ruido. Los polímeros (como
la goma) que son materiales constituidos por cadenas moleculares grandes tienen la
capacidad de proveer amortiguamiento viscoelástico
En ingeniería aeronáutica y aeroespacial también se han usado para disminuir las
oscilaciones inducidas por la turbulencia, las vibraciones trasmitidas desde turbinas, o por
los motores de cohetes, etc.
En ingeniería civil, una posible aplicación sería la reducción de los efectos de los
terremotos o del viento sobre las estructuras tanto de edificios como de puentes.
FUENTES DE CONSULTA
AULTON. M, 2004, “Farmacia la ciencia del diseño de las formas farceuticas”, segunda
edición, Elsevier, España, pag 54.
- Internet
La viscoelástica: de la NASA a tu colchón. 05/11/2011
http://www.dormitienda.com/blog/la-viscoelastica-de-la-nasa-a-tu-colchon/
ELÍAS, I. Viscoelásticos de nueva generación para cirugías oftálmicas.
http://biojiem.com/Bio2/Biotec/viscoelast.htm
JHON J. GIL y LUIS E. SUÁREZ. 2007. Efecto de la geometría de vigas con capas viscoelásticas en la disipación de energía. Argentina
http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/1145/1095
Diseños de la NASA superan el campo espacial
http://edicionimpresa.elcomercio.com/es/2923000073c1214d-32e0-46c7-b941a48e115f1717
Viscosidad.
bigmac.mecaest.etsii.upm.es/Site/MSD_files/cap6.pdf
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