Fluido Viscoelástico

Wasserstrahl grnUn fluido viscoelástico es aquel que tiene comportamiento tanto de líquido como de sólido, y por tanto, presenta las propiedades de ambos. Se le considera un tipo de fluido dependiente del tiempo.

Los fluidos viscoelásticos son una forma común de fluido no newtoniano. Pueden exhibir una respuesta que se asemeja a la de un sólido elástico en algunas condiciones, o la respuesta de un líquido viscoso en otras condiciones. Típicamente, los fluidos que exhiben este comportamiento son de naturaleza macromolecular (es decir, tienen alto peso molecular), tales como fluidos poliméricos (fundido o en solución) utilizados para fabricar artículos de plástico, sistemas de alimentos como la masa utilizada para hacer pan y pasta, y fluidos biológicos tales como fluidos sinoviales que se encuentran en las articulaciones. La naturaleza macromolecular de las moléculas poliméricas junto con las interacciones físicas llamadas enredos conducen al comportamiento elástico. Las moléculas deformadas son impulsadas por movimientos térmicos para regresar a su estado no deformado, lo que proporciona al cuerpo líquido una recuperación elástica.

Un efecto de los polímeros, es el comportamiento que como fluidos tienen a la salida de un orificio (como la punta de la unidad de inyección o el dado de extrusión). Para explicar esto mejor, tomemos el caso del agua, cuando abrimos la llave del lavabo, el agua fluye tomando la forma de la llave, no se expande ni se contrae, pero en el caso de un fluido polimérico, puede expandirse a la salida y aumentar su sección transversal, hasta 5 veces  en relación al diámetro del orificio.

 La medición de las propiedades viscoelásticas, por lo general, se realiza cuando el polímero está en estado fundido o en solución. Las propiedades viscoelásticas son dependientes de la tensión y temperatura y son críticas para determinar la estructura molecular del polímero, esto es, su peso molecular, la distribución del mismo y que tan ramificadas están las moléculas, este tipo de información nos ayuda a entender su comportamiento durante el procesamiento y las funciones del producto final ya que la viscosidad del polímero depende directamente de su estructura molecular.

En general, la mayoría de los líquidos y gases newtonianos tienen una característica en común, se componen de moléculas de bajo peso molecular. Estudios han demostrado que para pesos moleculares por encima de 100,000, la ley de la viscosidad de Newton ya no describe adecuadamente el flujo de estos fluidos, y, a esta clase de fluidos, a excepción de algunos casos, se les conoce como fluidos no newtonianos.

En la actualidad existen diferentes modelos matemáticos que describen el comportamiento viscoelástico de un polímero, como el modelo de Maxwell, quien consideró un modelo en que el comportamiento viscoelástico es una combinación en serie de un amortiguador y un resorte.

La viscoelasticidad, se le puede considerar entonces, el comportamiento comprendido entre un sólido ideal y un fluido newtoniano.

Referencias:

  • Viscoelasticity, Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Wiley
  • Flow behavior of viscoelastic fluids, Baird, Donald G, Access Science
  • Introducción a la Ciencia y Tecnología de los Plásticos, J. Eduardo Morales Méndez

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