¿Qué es la reología? La reología es la ciencia que estudia la deformación de los cuerpos y el flujo de los fluidos. Esta ciencia es utilizada para evaluar y describir cómo los materiales se deforman, fluyen y cambian bajo la acción de fuerzas externas. Es por esto que es ampliamente utilizada en muchas industrias que involucran alimentos, emulsiones, pinturas, tintas de inyección, detergentes, polímeros, aceites, grasas, lubricantes, etc. De esta forma, la reología es una ciencia multidisciplinaria.
PERO, ¿CÓMO SURGIÓ LA REOLOGÍA?
Todos hemos escuchado los dos extremos clásicos de la materia: los sólidos y los líquidos; descritos en el siglo XVII por Robert Hooke e Issac Newton. En el caso de los sólidos, Hooke propuso en su “True Theory of Elasticity” (1678), que “el poder de cualquier resorte está en la misma proporción con la tensión del mismo”, es decir, si se duplica la tensión, se duplica la extensión. El resorte, entonces, fue conocido como un “sólido ideal” o “sólido hookeano”.
Solo unos años después (1687), Newton escribió su famosa “Principia Mathematica”, en la cual expresó la idea básica de un fluido viscoso con la siguiente hipótesis “La resistencia que surge de la falta de deslizamiento de las partes del líquido, siendo iguales las otras cosas, es proporcional a la velocidad con la que las partes del líquido están separadas entre sí”. Esta falta de deslizamiento es lo que ahora llamamos viscosidad. El agua, el aceite mineral y algunos gases de bajo peso molecular obedecen este postulado de Newton y son conocidos como “fluidos ideales” o “fluidos newtonianos”.
Durante dos siglos todos estuvieron satisfechos con la ley de Hooke para los sólidos y la ley de Newton para los líquidos para expresar el comportamiento de los materiales. No fue hasta 1835 cuando Wilhem Weber llevó a cabo experimentos con hilos de seda y encontró que éstos no eran perfectamente elásticos. Por su parte, James C. Maxwell en 1867 propuso un modelo matemático para un fluido que poseía algunas propiedades elásticas en su artículo “On the dynamical theory of gases”. Estos trabajos hicieron evidente la necesidad de explicar el comportamiento de los materiales que se alejaban de los materiales ideales.
Fue hasta principios del siglo XX con el desarrollo de la industria química y la generación de una gran cantidad de nuevos materiales con un comportamiento de flujo «extraño», que surgió el término reología, el cual fue inventado en 1920 por el profesor Eugen Bingham a partir de las raíces griegas, “reos” que significa flujo y “logos” que significa ciencia. Esto con la finalidad de estudiar el comportamiento de todos estos materiales que presentaban características intermedias entre los sólidos elásticos y los fluidos viscosos, es decir, los materiales viscoelásticos.
IMPORTANCIA DEL COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DE LOS MATERIALES.
Los materiales viscoelásticos abarcan una gran cantidad de materiales de nuestra vida cotidiana, desde los lubricantes que utilizamos en nuestros automóviles, la pasta de dientes y el shampoo que utilizamos para nuestro aseo personal, el yogurt, la mayonesa y el cátsup que comemos, así como las pinturas y esmaltes que utilizamos para cuidar nuestras casas. Todos ellos son materiales viscoelásticos, algunos con una mayor proporción viscosa, otros con una mayor proporción elástica; siendo su comportamiento determinado a través de la reología.
La importancia del estudio reológico de estos materiales radica en que dependiendo como sean “deformados” presentarán distintos comportamientos reológicos. Es común escuchar que los fluidos se clasifiquen en fluidos newtonianos, pseudoplásticos o dilatantes de acuerdo a su perfil de viscosidad. En estos perfiles tradicionalmente se gráfica la dependencia de la viscosidad con respecto a la velocidad de corte aplicada.
Un fluido newtoniano mostrará una viscosidad constante independientemente de la velocidad de corte aplicada, como en el caso del agua y la glicerina. En el caso de un fluido pseudoplástico, se observa una disminución de la viscosidad al aumentar la velocidad de corte, ejemplos de este comportamiento lo observamos en el yogurt, la mayonesa, e incluso en la sangre. De hecho, la mayoría de los fluidos viscoelásticos presentan este tipo de comportamiento. Por su parte, los fluidos dilatantes, presentan un aumento de la viscosidad al incrementar la velocidad de corte, tal es el caso del almidón en solución acuosa o de algunas pastas pigmentarias altamente concentradas. Es importante señalar que todos estos perfiles son independientes del tiempo y la viscosidad se determina a la velocidad de corte establecida.
Finalmente, no todos los materiales comienzan a fluir instantáneamente cuando se les aplica un esfuerzo, algunos de ellos necesitan un esfuerzo adicional para comenzar a fluir. Este valor es conocido como esfuerzo de cedencia, y es la mínima cantidad de esfuerzo requerido para inducir el flujo. Un ejemplo claro de este comportamiento lo observamos en la pasta dental, la cual no comienza a fluir al menos que nosotros presionemos el tubo que la contiene para que comience a salir de él.
La Dra. Silvia Huerta realiza actualmente una estancia posdoctoral en el Laboratorio de Polímeros del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM Campus Juriquilla. Su investigación se enfoca al estudio reológico de emulsiones gel no acuosas para el diseño de andamios para ingeniería de tejidos y materiales para filtración.
DRA. SILVIA TERESA HUERTA MARCIAL
ESTANCIA POSDOCTORAL CONACYT
CENTRO DE FÍSICA APLICADA Y TECNOLOGÍA AVANZADA
UNAM CAMPUS JURIQUILLA
DEPARTAMENTO DE NANOTECNOLOGÍA
HUERTA.SYLVIA@GMAIL.COM
BIBLIOGRAFÍA
- Barnes HA, Hutton JF, Walters K. An introduction to rheology. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier B.V.; 1989.
- Macosko CW. Rheology: principles, measurements and applications. New York: 1994.
