Reología

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Reología Relación entre esfuerzo y deformación en un sólido. Para unas condiciones dadas de presión y temperatura, el material respon- de a la aplicación de un esfuerzo primero con una deformación elástica (reversible, cuyo trabajo se acumula en forma de ener- gía potencial) que es directamente proporcional al esfuerzo; lue- go con una deformación plástica (irreversible, que se disipa en forma de calor), que crece más deprisa que el esfuerzo; y por úl- timo, con una deformación rígida (rotura), que a diferencia de las anteriores, rompe la continuidad original del material. La reología (palabra introducida por Eugene Bingham en 1929) es la rama de la Física de medios continuos que se dedica al estudio de la deformación y el fluir de la materia. 1 Concepto Una definición más moderna expresa que la reología es la parte de la física que estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir. La reología es una parte de la mecánica de medios con- tinuos. Una de las metas más importantes en reología es encontrar ecuaciones constitutivas para modelar el com- portamiento de los materiales. Dichas ecuaciones son en general de carácter tensorial. Las propiedades mecánicas estudiadas por la reología se pueden medir mediante reómetros, aparatos que permi- ten someter al material a diferentes tipos de deformacio- nes controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algu- nas de la propiedades reológicas más importantes son: Viscosidad aparente (relación entre esfuerzo de cor- te y velocidad de corte) Coeficientes de esfuerzos normales Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio) Módulo de almacenamiento y módulo de perdidas (comportamiento viscoelástico lineal) Funciones complejas de viscoelasticidad no lineal Los estudios teóricos en reología en ocasiones emplean modelos microscópicos para explicar el comportamiento de un material. Por ejemplo en el estudio de polímeros, éstos se pueden representar como cadenas de esferas co- nectadas mediante enlaces rígidos o elásticos. Si nos fijamos en el sentido etimológico de la palabra Reología podríamos definirlo como la ciencia del flujo. La reología describe la deformación de un cuerpo bajo la influencia de esfuerzos, pero la reología no está limitada a los polímeros, se puede aplicar a todo tipo de material, sólido, líquido o gas. Un sólido ideal se deforma elásticamente y la energía re- querida para la deformación se recupera totalmente cuan- do se retira el esfuerzo aplicado. Mientras que, los fluidos ideales se deforman irreversiblemente, fluyen, y la ener- gía requerida para la deformación se disipa en el inte- rior del fluido en forma de calor y no se puede recuperar al retirar el esfuerzo. Pero sólo unos pocos líquidos se comportan como líquidos ideales, la inmensa mayoría de los líquidos muestra un comportamiento reológico que se clasifica en una región intermedia entre los líquidos y los sólidos: son a la vez elásticos y viscosos, por lo que se les denomina viscoelásticos. Por otra parte, los sólidos reales pueden deformarse irreversiblemente bajo la influencia de fuerzas de suficiente magnitud, en definitiva, pueden fluir. En esta clasificación de los comportamientos reológicos de los materiales con relación a su respuesta a los esfuer- zos aplicados se ha de introducir un nuevo parámetro que es la escala de tiempo en la cual se aplica la deforma- ción. Para ello, se define una nueva magnitud que tenga en cuenta el tiempo de observación; se trata del número de Deborah:De=λ/t Donde λ es el tiempo de relajación y t es el tiempo de observación. En este sentido podemos decir que los sólidos tienen un tiempo de relajación infinito, mientras que en el caso de los líquidos este valor se aproxima a cero, por ejemplo, el tiempo de relajación del agua es de 10-12 s. Por otra parte, si consideramos procesos de deformación caracte- rísticos asociados a los típicos tiempos de observación, podemos decir que un número de Deborah grande define 1

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Conceptos básico para el entendimiento del de la reológia de un fluido de perforación.

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  • Reologa

    Relacin entre esfuerzo y deformacin en un slido. Para unascondiciones dadas de presin y temperatura, el material respon-de a la aplicacin de un esfuerzo primero con una deformacinelstica (reversible, cuyo trabajo se acumula en forma de ener-ga potencial) que es directamente proporcional al esfuerzo; lue-go con una deformacin plstica (irreversible, que se disipa enforma de calor), que crece ms deprisa que el esfuerzo; y por l-timo, con una deformacin rgida (rotura), que a diferencia delas anteriores, rompe la continuidad original del material.

    La reologa (palabra introducida por Eugene Bingham en1929) es la rama de la Fsica de medios continuos que sededica al estudio de la deformacin y el uir de la materia.

    1 ConceptoUna denicin ms moderna expresa que la reologa es laparte de la fsica que estudia la relacin entre el esfuerzo yla deformacin en los materiales que son capaces de uir.La reologa es una parte de la mecnica de medios con-tinuos. Una de las metas ms importantes en reologa esencontrar ecuaciones constitutivas para modelar el com-portamiento de los materiales. Dichas ecuaciones son engeneral de carcter tensorial.Las propiedades mecnicas estudiadas por la reologa sepueden medir mediante remetros, aparatos que permi-ten someter al material a diferentes tipos de deformacio-nes controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algu-nas de la propiedades reolgicas ms importantes son:

    Viscosidad aparente (relacin entre esfuerzo de cor-te y velocidad de corte)

    Coecientes de esfuerzos normales

    Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos decorte oscilatorio)

    Mdulo de almacenamiento y mdulo de perdidas(comportamiento viscoelstico lineal)

    Funciones complejas de viscoelasticidad no lineal

    Los estudios tericos en reologa en ocasiones empleanmodelos microscpicos para explicar el comportamientode un material. Por ejemplo en el estudio de polmeros,stos se pueden representar como cadenas de esferas co-nectadas mediante enlaces rgidos o elsticos.Si nos jamos en el sentido etimolgico de la palabraReologa podramos denirlo como la ciencia del ujo.La reologa describe la deformacin de un cuerpo bajo lainuencia de esfuerzos, pero la reologa no est limitadaa los polmeros, se puede aplicar a todo tipo de material,slido, lquido o gas.Un slido ideal se deforma elsticamente y la energa re-querida para la deformacin se recupera totalmente cuan-do se retira el esfuerzo aplicado. Mientras que, los uidosideales se deforman irreversiblemente, uyen, y la ener-ga requerida para la deformacin se disipa en el inte-rior del uido en forma de calor y no se puede recuperaral retirar el esfuerzo. Pero slo unos pocos lquidos secomportan como lquidos ideales, la inmensa mayora delos lquidos muestra un comportamiento reolgico que seclasica en una regin intermedia entre los lquidos y losslidos: son a la vez elsticos y viscosos, por lo que se lesdenomina viscoelsticos. Por otra parte, los slidos realespueden deformarse irreversiblemente bajo la inuenciade fuerzas de suciente magnitud, en denitiva, puedenuir.En esta clasicacin de los comportamientos reolgicosde los materiales con relacin a su respuesta a los esfuer-zos aplicados se ha de introducir un nuevo parmetro quees la escala de tiempo en la cual se aplica la deforma-cin. Para ello, se dene una nueva magnitud que tengaen cuenta el tiempo de observacin; se trata del nmerode Deborah:De=/t Donde es el tiempo de relajacin yt es el tiempo de observacin.En este sentido podemos decir que los slidos tienen untiempo de relajacin innito, mientras que en el caso delos lquidos este valor se aproxima a cero, por ejemplo,el tiempo de relajacin del agua es de 10-12 s. Por otraparte, si consideramos procesos de deformacin caracte-rsticos asociados a los tpicos tiempos de observacin,podemos decir que un nmero de Deborah grande dene

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  • 2 1 CONCEPTO

    un comportamiento tipo slido y un nmero de Deborahpequeo dene un comportamiento tipo lquido.El siguiente ejemplo puede ayudar a entender lo explica-do hasta ahora: Las vidrieras de la catedral de Chartresen Francia han uido desde que fueron producidas hace600 aos. En la poca medieval estas vidrieras tenan unespesor uniforme a lo largo de toda su longitud, pero hoyen da las molculas de vidrio han uido por efecto de lagravedad, de manera que el espesor en la parte inferiores ms que el doble del espesor en la parte superior. Eltiempo de observacin tan grande hace que el nmero deDeborah sea pequeo, por lo que slidos como el vidriose pueden clasicar como lquidos.Como conclusin se puede decir que sustancias como elagua o el vidrio no se pueden clasicar como lquidos oslidos, sino que como mucho podemos decir que tienenun comportamiento de lquido o slido bajo unas deter-minadas condiciones de esfuerzo, deformacin o tiempo.

  • 32 Text and image sources, contributors, and licenses2.1 Text

    Reologa Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Reolog%C3%ADa?oldid=76586880 Colaboradores: Pilaf, Julie, Comae, Bermiego, As-cnder, Dianai, Troodon, Murtasa, Rembiapo pohyiete (bot), Orgullobot, RobotQuistnix, Yrbot, FlaBot, BOTijo, Eskimbot, Axxgreazz,Tamorlan, CEM-bot, Heavyrock, Thijs!bot, Escarbot, JAnDbot, Gaianauta, Rei-bot, Idioma-bot, Aibot, Patricioiglesias, Gerakibot, SieBot,Fadesga, DragonBot, Alecs.bot, BodhisattvaBot, MastiBot, NicolasAlejandro, Luckas-bot, SuperBraulio13, Xqbot, Linux65, KamikazeBot,ArwinJ, EmausBot, Bortxes, ChuispastonBot, MerlIwBot, Antoniomalanga, Granulometria 101, Elvisor, Ralgisbot, Addbot y Annimos:23

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