Fluido elástico de viscosidad constante

Los líquidos elásticos de viscosidad constante , también conocidos como fluidos Boger, son fluidos elásticos con viscosidad constante . Esto crea un efecto en el fluido donde fluye como un líquido, pero se comporta como un sólido elástico cuando se estira. La mayoría de los fluidos elásticos presentan adelgazamiento por cizallamiento (la viscosidad disminuye a medida que se aplica la deformación por cizallamiento), porque son soluciones que contienen polímeros . Pero los fluidos de Boger son una excepción, ya que son soluciones muy diluidas, por lo que se pueden ignorar el adelgazamiento por cizallamiento causado por los polímeros. Los fluidos Boger se elaboran principalmente mediante la adición de una pequeña cantidad de polímero a un fluido newtoniano de alta viscosidad, siendo una solución típica la poliacrilamida.mezclado con jarabe de maíz . Es un compuesto simple de sintetizar pero importante para el estudio de la reología porque los efectos elásticos y los efectos de cizallamiento se pueden distinguir claramente en experimentos con fluidos de Boger. Sin los fluidos de Boger, era difícil determinar si un efecto no newtoniano fue causado por la elasticidad, el adelgazamiento por cizallamiento o ambos; El flujo no newtoniano causado por la elasticidad rara vez era identificable. Dado que los fluidos Boger pueden tener una viscosidad constante, se puede realizar un experimento en el que se puedan comparar los resultados de las tasas de flujo de un líquido Boger y un líquido newtoniano con la misma viscosidad, y la diferencia en las tasas de flujo mostraría el cambio causado por el elasticidad del líquido de Boger. ^[1]

Investigar

Fluido original de Boger

Los fluidos Boger llevan el nombre de David V. Boger , quien a fines de la década de 1970 fue el principal investigador que impulsaba el estudio de los líquidos elásticos de viscosidad constante. ^[2] Publicó su primer artículo sobre los fluidos de Boger en 1977, titulado "Un fluido de viscosidad constante altamente elástica", donde describió el fluido ideal para la experimentación como un fluido que es "muy viscoso y muy elástico a temperatura ambiente y al mismo tiempo es ópticamente claro ". El objetivo principal del artículo era experimentar con el fluido altamente viscoso y altamente elástico y registrar las propiedades reométricas fundamentales del fluido. Un fluido de este tipo permitiría la experimentación en condiciones no afectadas por la inercia y los efectos de dilución por cizallamiento, y la influencia de la inercia sería fácilmente distinguible.^[3]
Comenzó su investigación usando jarabes de maltosa (jarabes de maíz) mezclados con una pequeña cantidad de agua. Luego probó el esfuerzo cortante frente a la velocidad de corte de la solución para demostrar que la solución era un fluido newtoniano. Esto se hizo utilizando un reogoniómetro R16 Weissenberg ^[4] (un reogoniómetro calibrado para medir específicamente el comportamiento de un viscoelásticosolución de polímero) para las tasas de esfuerzo cortante de rango bajo, y las tasas altas se midieron usando un reómetro capilar, un dispositivo utilizado para medir las tasas de esfuerzo cortante bajo tensión alta. Los datos demostraron que había una relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte con la pendiente muy cercana a uno, lo que significa que el jarabe de maltosa era de hecho un fluido newtoniano. Una vez que se añadió el 0,08% del polímero poliacrilamida, las propiedades de flujo cambiaron drásticamente. Se introdujeron propiedades elásticas en el fluido mientras que solo se observó una pequeña cantidad de adelgazamiento por cizallamiento, lo suficientemente pequeño como para ser ignorado. La solución de jarabe tenía propiedades muy similares a las de un polímero fundido, pero no había adelgazamiento por cizallamiento y los materiales se podían producir a temperatura ambiente.

Fluidos posteriores de Boger

El fluido original de Boger era una solución acuosa , al igual que todas las soluciones sintetizadas hasta 1983, cuando se produjeron fluidos orgánicos de Boger utilizando una solución diluida de poliisobutileno (PIB) en una mezcla de polibuteno (PB) con una pequeña cantidad de aceite de queroseno añadido. Desde entonces, la mayoría de los fluidos de Boger han sido soluciones de PIB - PB. Otras recetas incluyen:

• poliestireno en glicol ogligomérico (Solomon y Muller 1996)
• óxido de polietileno en polietilenglicol (Dontula et al.2004)
• poliestireno en ftalato de dioctilo (Odell & Carrington 2006)

Uso comercial

Deposito de basura

La mejor aplicación hasta ahora para los fluidos Boger es resolver el problema de eliminación de los desechos producidos en el procesamiento de bauxita a alúmina para su uso en la producción de aluminio , y normalmente se produce dos o tres veces más " lodo rojo " que alúmina. Normalmente, los desechos, conocidos como "lodo rojo", se eliminaban mediante la descarga de presas con millones de litros de agua. Las presas continúan reteniendo el "barro rojo", porque no funciona como base de construcción y tampoco se puede utilizar como tierra de cultivo. Las empresas necesitaban encontrar una manera de eliminarlo todo de manera eficiente en las presas sin obstruir los tubos a los que se estaba transfiriendo. Con el desarrollo de los fluidos de Boger, el gigante del aluminio Alcoadesarrolló una forma de convertir los desechos en una materia espesa que aún podría fluir por las tuberías. Con este método, se eliminaron los peligros de la erupción de los tubos, lo que llevó a una práctica más sostenible. ^[5]

Referencias

1. James, David F. "Fluidos de Boger". http://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.fluid.010908.165125 Consultado en la web. 11 de noviembre de 2013.
2. "David V. Boger". http://www.che.ufl.edu/faculty/boger/ Archivado el 29 de julio de 2015 en Wayback Machine . 11 de noviembre de 2013.
3. Boger, David V. http://ac.els-cdn.com/0377025777800141/1-s2.0-0377025777800141-main.pdf?_tid=35a90d92-50ba-11e3-ae7d-00000aab0f26&acdnat=1384824824_7a3fbc2667d2b805 obtenido Web. 13 de noviembre de 2013.
4. MacSporran, WC; Spires, RP (1982). "El rendimiento dinámico del reogoniómetro de Weissenberg". Rheologica Acta . 21 (2): 184-192. doi : 10.1007 / BF01736417 .
5. Wroe, David. http://www.theage.com.au/news/national/300000-boger-fluid-prize-not-on-the-nose/2005/10/04/1128191716871.html Consultado en la web. 11 de noviembre de 2013.