Factores que afectan la conducta reológica

La reología es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia. El conocimiento del comportamiento reológico es esencial en numerosas operaciones de procesamiento de cerámica que involucran lodos o pastas, que incluyen: (i) beneficio (por ejemplo, mezcla y molienda húmeda, atomización y filtración); (ii) conformación de formas (por ejemplo, métodos basados en fundición deslizante, extrusión, formación de rodillos, inyección y fundición de cinta); y (iii) revestimiento/deposición (por ejemplo, esmaltado, inmersión, cribado, impresión, deposición electroforética y pulverización). Las propiedades reológicas son extremadamente útiles en

17 la caracterización estructural de los sistemas de partículas y líquidos, y en la determinación de cómo las interacciones entre partículas afectan la estabilidad de la suspensión. Un objetivo principal en cualquier etapa de procesamiento de la suspensión es mejorar la homogeneidad reduciendo el número y el tamaño de los defectos (Moreno, 2001, págs. 81-92).

La definición de reología como una rama de las ciencias naturales y el tema de los estudios reológicos se puede formular en base al siguiente argumento. Tradicionalmente, la reología se define como "el estudio de deformaciones y flujo de materia" (Diccionario universitario). Sin embargo, esta definición es ambigua. La definición está cerca de la mecánica del continuo, y no distingue características especiales de la reología.

Se deben enfatizar los siguientes puntos (Malkin & Ilsayev, 2012, págs. 2- 16):

• Los estudios reológicos no tratan sobre la "deformación y el flujo" sino sobre las propiedades de la materia que determinan su comportamiento, es decir, su reacción a la deformación y al flujo.

• La reología trata con materiales que tienen propiedades no descritas por los modelos de Newton-Stokes y Hooke. La afirmación es que la reología estudia materiales que tienen propiedades descritas por cualquier relación entre fuerza y deformación. En este sentido, las leyes de Newton-Stokes y Hooke son casos limitantes que se encuentran formalmente en el límite de la reología.

• El tema de la reología no es sobre todos los asuntos, sino solo aquellos para los cuales las dependencias no lineales entre fuerzas y deformaciones o tasas de deformaciones son características principales.

• La reología está interesada en los materiales, cuya deformación da como resultado la superposición de efectos viscosos y elásticos.

• La reología estudia materiales con cambios de estructura bajo la influencia de fuerzas aplicadas.

18 La mecánica clásica continua es uno de los hitos de la reología. La reología, que trata las propiedades de la materia, considera estas propiedades como relaciones entre tensiones y deformaciones, que son los conceptos fundamentales de la mecánica del continuo.

La idea de un continuo, así como las operaciones matemáticas utilizadas en la mecánica, suponen que hay una transición continua y un movimiento de punto a punto. Un "punto" se entiende como un objeto matemático de tamaño infinitesimalmente pequeño. Sin embargo, es necesario aceptar la siguiente contradicción: un punto "físico" es diferente de un punto matemático.

Casi todos están convencidos de que la materia consiste en moléculas y espacios vacíos intermoleculares, lo que significa que, en realidad, cualquier cuerpo material es heterogéneo. Al mismo tiempo, un observador está seguro de que "ve" un cuerpo de materia como una masa continua homogénea sin agujeros y espacios vacíos. La salida obvia de estas evidencias contradictorias radica en la idea de la escala geométrica de observación. (Malkin & Ilsayev, 2012, págs. 2-16)

1.3.2.1. Temperatura

Un incremento o disminución de la temperatura modifica proporcionalmente el valor de la viscosidad, esto debido a que la fuerza de cohesión entre moléculas crece o decrece de acuerdo al calor suministrado, y es precisamente esta la que confiere resistencia al material (Barnes, Hutton, & K. Walters, 2001, págs. 12-14).

Un ejemplo que demuestra este fenómeno podría ser el estudio de (Haminiuk, M.R., Vidal, & Masson, 2006, págs. 427-431). En este trabajo se investigó el efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico de la pulpa de araçá entera. Toda la pulpa fue descrita adecuadamente por el modelo de ley de potencia y exhibió un comportamiento de reducción de corte. La viscosidad disminuyó con un aumento de la temperatura; sin embargo, la viscosidad mostró una tendencia a aumentar a 60°C.

19 Sin embargo, sería importante mencionar que en lo que respecta a los gases, el comportamiento sería el contrario. Esto debido a que un volumen de gas llevado a altas temperaturas puede ocasionar un choque violento entre moléculas, lo cual ocasiona que estas se opongan al movimiento y aumente la viscosidad.

Figura 3. Comportamiento de la viscosidad en diferentes estados.

Fuente: (Bird, Stewart, & Lightfoot, 2002, pág. 16) 1.3.2.2. Rango de corte o gradiente de velocidad

Más comúnmente, la viscosidad (la deformación gradual por esfuerzo cortante o de tensión) de fluidos no newtonianos depende de la velocidad de corte o del gradiente de velocidad. Sin embargo, algunos fluidos no newtonianos con viscosidad independiente del esfuerzo aún exhiben diferencias de tensión normales u otro comportamiento no newtoniano. En un fluido newtoniano, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte es lineal, pasando por el origen, siendo la constante de proporcionalidad el coeficiente de viscosidad. En un fluido no newtoniano, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte es diferente. El fluido puede incluso exhibir una viscosidad dependiente del tiempo. Por lo tanto, no se puede definir un coeficiente de viscosidad constante. (Tropea, Yarin, & Foss, 2007, págs. 619-732)

20 Aunque el concepto de viscosidad se usa comúnmente en la mecánica de fluidos para caracterizar las propiedades de corte de un fluido, puede ser inadecuado describir fluidos no newtonianos. Se estudian mejor a través de varias otras propiedades reológicas que relacionan los tensores de tensión y tensión en muchas condiciones de flujo diferentes.

1.3.2.3. Tiempo

Algunos fluidos pseudoplásticos no newtonianos muestran un cambio dependiente del tiempo en la viscosidad y un comportamiento de tensión-deformación no lineal en el que cuanto más tiempo el fluido sufre un esfuerzo cortante, menor es su viscosidad. Cuando el esfuerzo de corte en un fluido tixotrópico excede un cierto umbral, se produce una ruptura de la microestructura del fluido y la exhibición de una propiedad de adelgazamiento por corte.

Ciertos geles o fluidos que son espesos (viscosos) en condiciones estáticas comenzarán a diluirse y fluir a medida que se agitan, agitan o estresan de otra manera. Cuando cesa el estrés, regresan a su estado más viscoso después de un paso del tiempo. Algunos fluidos tixotrópicos vuelven a un estado de gel casi instantáneamente, como el ketchup, y se denominan fluidos pseudoplásticos. Otros, como el yogur, tardan mucho más y pueden volverse casi sólidos. Muchos geles y coloides son materiales tixotrópicos, exhiben una forma estable en reposo, pero se vuelven cada vez más fluidos cuando se agitan. (Bird, Stewart, & Lightfoot, 2002, págs. 11-25)

1.3.2.4. Condiciones de medida

Para asegurar la calidad de la medición, será necesario disminuir en lo más posible los factores que puedan afectarla, tales como la operación y los materiales.

A este respecto, observamos que, en principio, es posible calibrar un instrumento en términos de velocidad, geometría y sensibilidad. Sin embargo, es más habitual confiar en el uso de líquidos newtonianos estandarizados (generalmente aceites) de viscosidad conocida. La

21 variación del peso molecular de los aceites permite cubrir una amplia gama de viscosidades. (Barnes, Hutton, & K. Walters, 2001, págs. 15-25)

Estos aceites son químicamente estables y no son muy volátiles.

Ellos mismos están calibrados con viscosímetros capilares de vidrio y estos viscosímetros están, a su vez, calibrados con el estándar internacionalmente aceptado.

Algunas condiciones para mejorar la medida pueden ser:

Tabla 1. Condiciones de medida CONDICIONES

Equipo Calibración, Estandarización Muestra Preparación,

tamaño, densidad

Fuente: (Barnes, Hutton, & K. Walters, 2001, págs. 15-25)