Adelgazamiento por cizalla

En reología , el adelgazamiento por cizallamiento es el comportamiento no newtoniano de fluidos cuya viscosidad disminuye bajo la deformación por cizallamiento . A veces se considera sinónimo de comportamiento pseudoplásico, ^{[1] [2]} y generalmente se define como excluyendo los efectos dependientes del tiempo , como la tixotropía . ^[3]

El adelgazamiento por cizallamiento es el tipo más común de comportamiento no newtoniano de los fluidos y se observa en muchas aplicaciones industriales y cotidianas. ^[4] Aunque el adelgazamiento por cizallamiento generalmente no se observa en líquidos puros con baja masa molecular o soluciones ideales de moléculas pequeñas como sacarosa o cloruro de sodio , a menudo se observa en soluciones de polímeros y polímeros fundidos, así como en fluidos y suspensiones complejos como el ketchup . crema batida , sangre , ^[5] pintura y esmalte de uñas .

Aunque la causa exacta del adelgazamiento por cizallamiento no se comprende completamente, se considera ampliamente que es el efecto de pequeños cambios estructurales dentro del fluido, de modo que las geometrías a microescala dentro del fluido se reorganizan para facilitar el cizallamiento . ^[6] En los sistemas coloidales, la separación de fases durante el flujo conduce a un adelgazamiento por cizallamiento. En los sistemas de polímeros, tales como los polímeros fundidos y las soluciones, el adelgazamiento por cizallamiento es causado por el desenredo de las cadenas del polímero durante el flujo. En reposo, los polímeros de alto peso molecular se entrelazan y orientan aleatoriamente. Sin embargo, cuando se cortan a una velocidad lo suficientemente alta, estas cadenas de polímero altamente anisotrópicas comienzan a desenredarse y alinearse a lo largo de la dirección de corte. ^[7]Esto conduce a una menor interacción molecular / partícula y una mayor cantidad de espacio libre, disminuyendo la viscosidad. ^[4]

Tanto a velocidades de cizallamiento suficientemente altas como a muy bajas, la viscosidad de un sistema polimérico es independiente de la velocidad de cizallamiento. A altas velocidades de cizallamiento, los polímeros se desenredan completamente y el valor de viscosidad del sistema se estabiliza en η _∞ , o la meseta de viscosidad de cizallamiento infinito. A velocidades de cizallamiento bajas, la cizalladura es demasiado baja para ser impedida por enredos y el valor de viscosidad del sistema es η ₀ , o la viscosidad de velocidad de cizallamiento cero. El valor de η _∞ representa la viscosidad más baja alcanzable y puede ser de órdenes de magnitud menor que η ₀ , dependiendo del grado de adelgazamiento por cizallamiento.

La viscosidad se representa gráficamente frente a la velocidad de corte en una gráfica de log (η) frente a log ( ), donde la región lineal es el régimen de adelgazamiento por corte y se puede expresar utilizando la ecuación de la ley de potencias de Ostwald y de Waele: ^[8]${\ Displaystyle {\ dot {\ gamma}}}$

${\ Displaystyle \ tau = K (T) ({d \ gamma \ over dt}) ^ {n} = K (T) {\ overset {\ centerdot} {\ gamma}} ^ {n}}$

Clasificación de fluidos con esfuerzo cortante en función de la velocidad de corte: los pseudoplásticos, los pseudoplásticos de Bingham y Bingham muestran una reducción en la viscosidad aparente con el aumento de la velocidad de corte.

Dilución por cizallamiento en un sistema polimérico: dependencia de la viscosidad aparente de la velocidad de cizallamiento. η ₀ es la viscosidad de velocidad de corte cero y η _∞ es la meseta de viscosidad de corte infinito.