DEFINICIÓN DE VISCOELASTICIDAD

Transcripción

1 DEFINICIÓN DE VISCOELASTICIDAD Rango de comportamiento Líquido ideal mayoría de materiales Sólido Ideal Agua Acero Viscoso Puro Viscoelástico Elástico Puro Fluido Pierde Forma Disipa Energía FLUJO Módulo de Pérdida Rígido Retiene Forma Almacena Energía DEFORMACIÓN Módulo de Almacenamiento

2 VISCOELASTICIDAD Sólido o líquido? Los materiales reales pueden presentar comportamiento elástico, comportamiento viscoso o una combinación de ambos. Depende del esfuerzo aplicado y de su DURACIÓN. Número de Deborah (Introducido por M. Reiner en 1945): D e = τ/t τ = tiempo característico del material T= tiempo característico del proceso de deformación Todo fluye si se espera el tiempo suficiente Líquido viscoso 0 D e << 1 Agua, = s Aceite, = 10-5 s Poliéster, = 10-2 s Material viscoelástico D e 1 Poliolefinas, = 10 s D e Sólido elástico D e >> 1 Montañas, = s

3 DEFINICIONES Viscosidad: resistencia al flujo : = /γ Módulo: resistencia a la deformación G = /

4 MODELOS REOLÓGICOS

5 MODELOS REOLÓGICOS Newtoniano = µγ Pseudoplástico = Kγ n (n<1) Dilatante = Kγ n (n>1) Bingham = y + p γ Casson 1/2 = y 1/2 + c 1/2 γ 1/2 Herschel-Bulkley = y + Kγ n

6 Componente Elástico MODELOS MECÁNICOS Componente Newtoniano Componente Plástico H H: es el componente elástico de Hooke, que puede manifestarse por debajo de la tensión de deformación plástica. N N: es el componente newtoniano, representado por un émbolo moviéndose dentro de un recipiente con fluido. St. V St. V (Saint Venant): representa al componente plástico como un cuerpo sujeto por una pinza y que fluirá al vencer la resistencia de esta.

7 SÓLIDO IDEAL Sólido de Hooke Muelle τ = G γ

8 LÍQUIDO IDEAL Líquido Newtoniano Amortiguador

9 PLÁSTICO IDEAL Modelo de Bingham N St. V H

10 SÓLIDO DE KELVIN-VOIGT

11 FLUIDO DE MAXWELL

12 MODELO DE BURGER (Kelvin-Voigt + Maxwell en serie) N 1 H 1 K-V N 2 H 2 M F A,H 2 elasticidad instantánea B, H 1, N 1 elasticidad retardada deformación viscosa C, N 2 elongación componente viscoso H 2, D recuperación instantánea elasticidad total E, H 1, N 1 recuperación retardada

13 ENSAYOS REOLÓGICOS Medir curva de flujo y curva de viscosidad Averiguar el tipo de fluido (pseudoplástico, tixotrópico, etc.) Medir punto de flujo Tixotrópicos Tiempo de destrucción Tiempo de recuperación Ensayo 1: curva de flujo Ensayo 2: punto de flujo Ensayo 3: tiempo de rotura y recuperación

14 Modo CS: (controlled stress) Esfuerzo controlado Se fija esfuerzo Se mide velocidad de cizalla (1) Ejercer un par Sobre el cilindro Medidas en Modo CS (2) Medir el gradiente de velocidad. Velocidad de rotación del cilindro.

15 Modo CR: (controlled rate) Velocidad cizalla controlada Se fija velocidad de cizalla Se mide esfuerzo (2) Medir el par Sobre el cilindro Medidas en Modo CR (1) Fijar un gradiente de velocidad. Velocidad de rotación del cilindro.

16 Modos CR y CS Ventajas CR: Reómetro más económico A veces es necesario fijar la velocidad de cizalla Ventajas CS: Medidas precisas para la velocidad de cizalla bajas Permite medir el punto de flujo

17 Ensayo 1: curva de flujo Indica tipo de fluido Modo CR o CS Parámetros a medir Viscosidad aparente Área encerrada Ajustes con modelos

18 Ensayo 2: punto de flujo Definición: es el esfuerzo que hay que aplicar para que la sustancia empiece a fluir En inglés: yield stress (esfuerzo umbral) yield point (punto de flujo) Esperando mucho tiempo, todo fluye (ej. vidrio catedrales: más fino por arriba) Aumentamos esfuerzo hasta que el sensor empieza a rotar Modo CS

19 Ensayo 2: punto de flujo Otro ensayo: deformación vs. esfuerzo Modo CS Deformación como sólido Deformación como fluido

20 Ensayo 3: Rotura/recuperación Modo CS (1) Cizalla alta y constante (2) Cizalla muy baja y constante

21 Ensayo 3: Rotura/recuperación En modo CR (2) Cizalla muy baja Cizalla oscilatoria de muy pequeña amplitud VENTAJA: las moléculas están casi quietas, en vez de moviéndose en una cierta dirección

22 MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD

23 VISCOELASTICIDAD NO LINEAL

24 Viscosímetro Esquema Ecuación de comportamiento Características Gama de uso capilar Ninguna necesidad de datos de la densidad, pero el número de Reynolds debe ser más bajo de 2100 De poca viscosidad, solventes, soluciones diluidas Coaxial rotativo Velocidad de cizalla controlable. Carga de polímero dificultosa Medio de gran viscosidad, polímero fundido Cono placa rotativo Velocidad de cizalla controlable. Fácil de cargar el polímero Medio de gran viscosidad, polímero fundido Disco rotatorio Velocidad de cizalla controlable, Fácil cargado del polímero Medio de gran viscosidad, polímero fundido

25 Viscosímetro Esquema Ecuación de comportamiento Características Gama de uso Caída de bola Necesita medidas de la densidad, la velocidad de cizalla no puede ser controlada Medio de viscosidad baja, soluciones diluidas de polímero Esfera levitada Funciona con presión constante, en toda la gama de concentraciones desde el polímero puro a la solución de polímero. Velocidad de cizalla controlable Amplio rango de viscosidades Plato deslizante Velocidad de cizalla controlable Medio de viscosidad alta (polímeros fundidos) Placa deslizante Velocidad de cizalla controlable Medio de gran viscosidad