Guía docente de Reología Aplicada a Productos Industriales (22011B2)

• Se recomienda tener cursadas las asignaturas: Física I, Mecánica de Fluidos.
• Tener conocimientos básicos sobre: Mecánica de fluidos.
• En el caso de utilizar herramientas de IA para el desarrollo de la asignatura, el estudiante debe adoptar un uso ético y responsable de las mismas. Se deben seguir las recomendaciones contenidas en el documento de "Recomendaciones para el uso de la inteligencia artificial en la UGR" publicado en esta ubicación:https://ceprud.ugr.es/formacion-tic/inteligencia-artificial/recomendaciones-ia#contenido0

• Viscosimetría. Viscoelasticidad. Técnicas experimentales en reología. Aplicación a: suspensiones cerámicas y farmacéuticas; polímeros, biopolímeros y elastómeros; lubricantes multigrado; emulsiones alimentarias y farmacéuticas.

• Al finalizar esta asignatura el alumno deberá ser capaz de:
  • Comprender el significado físico de las magnitudes que describen la deformación y flujo de materiales bajo la acción de esfuerzos mecánicos.
  • Describir fenomenológicamente el flujo de líquidos no-newtonianos y conocer las ecuaciones constitutivas que describen su comportamiento.
  • Describir fenomenológicamente la deformación y flujo de materiales viscoelásticos y las ecuaciones constitutivas y modelos que describen su comportamiento.
  • Medir la viscosidad de fluidos utilizando viscosímetros rotacionales.
  • Medir los módulos mecánicos que describen el comportamiento de materiales viscoelásticos.
  • Reconocer fenómenos de deformación/flujo no-lineales de interés tecnológico.
  • Relacionar el comportamiento de materiales viscoelásticos con la estructura microscópica de fluidos o sólidos complejos.
  • Aplicar lo anterior a suspensiones, emulsiones y polímeros de interés industrial.

Tema 1. Introducción. 10 horas

1. ¿Qué es la Reología?
2. Modelos de líquido viscoso y sólido elástico.
3. ¿Sólidos o líquidos?: Número de Deborah.
4. Líquidos elásticos y sólidos viscosos.
5. Viscoelasticidad lineal y no-lineal.
6. Tensor de esfuerzos: esfuerzos normales y tangenciales.
7. Medidas reológicas: grupos adimensionales.
8. Macromoléculas y coloides.

Tema 2. Líquidos no-newtonianos: viscosidad. 10 horas

1. Introducción.
2. Variables que afectan a la viscosidad.
   • 2.1. Variación con la velocidad de deformación.
   • 2.2. Variación con la temperatura.
   • 2.3. Variación con la presión.
   • 2.4. Clasificación de los líquidos no-newtonianos.
3. Líquidos no-newtonianos con propiedades independientes del tiempo.
   • 3.1. Fluidificantes.
   • 3.2. Espesantes.
4. Líquidos no-newtonianos con propiedades dependientes del tiempo.
   • 4.1. Tixotropía.
   • 4.2. Reopexia.
5. Viscosimetría.
   • 5.1. Reometría/viscosimetría: tipos de reómetros y condiciones de medida.
   • 5.2. Viscosímetros rotacionales.
   • 5.3. Otros viscosímetros: capilares; por caída de bola.
6. Elección del viscosímetro óptimo: ejemplos.
7. Métodos y técnicas experimentales en viscosimetría: medidas en estado estacionario.

Tema 3. Viscoelasticidad lineal. 10 horas

1. Introducción.
2. Viscoelasticidad lineal: ecuación constitutiva general.
3. Módulo de fluencia (“compliance o creep modulus”) y módulo de rigidez.
4. Modelos viscoelásticos lineales elementales.
   • 4.1. Sólido de Kelvin-Voigt.
   • 4.2. Líquido de Maxwell.
5. Modelos de Kelvin-Voigt y de Maxwell generalizados.
6. Materiales viscoelásticos lineales en régimen oscilatorio.
   • 6.1. Potencia almacenada y disipada en régimen oscilatorio.
7. Métodos y técnicas experimentales.
   • 7.1. Métodos estáticos: fluencia-recuperación (“creep-recovery”); curva de relajación.
   • 7.2. Métodos dinámicos: deformación oscilatoria.

Tema 4. Viscoelasticidad no-lineal. 10 horas

1. Introducción: fenómenos no-lineales.
2. Origen y naturaleza de las diferencias entre esfuerzos normales (N1 y N2).
3. Comportamiento típico de N1 y N2.
4. Efectos observables de N1 y N2: efecto Weisenberg; efecto sifón; hinchamiento de vena líquida; vórtices en procesos de mezcla.
5. Métodos de medida de N1 y N2.
6. Relación entre funciones viscosimétricas y funciones viscoelásticas.

Tema 5. Reología de suspensiones, emulsiones y espumas. Aplicación en industria cerámica, farmacéutica y alimentaria (opcional). 2,5 horas

1. Introducción.
   • 1.1. Comportamiento general de la viscosidad de suspensiones.
   • 1.2. Fuerzas de interacción entre partículas en suspensión.
   • 1.3. Estructuras en reposo.
   • 1.4. Estructuras inducidas por flujo.
2. Viscosidad de suspensiones de partículas sólidas en líquidos newtonianos.
   • 2.1. Suspensiones diluidas.
   • 2.2. Empaquetamiento máximo.
   • 2.3. Suspensiones concentradas newtonianas.
   • 2.4. Suspensiones concentradas fluidificantes.
   • 2.5. Suspensiones concentradas espesantes.
3. Contribución de las interacciones entre partículas coloidales a la viscosidad.
   • 3.1. Fuerzas repulsivas.
   • 3.2. Fuerzas atractivas.
4. Propiedades viscoelásticas de suspensiones.
5. Interacción entre partículas en suspensión y moléculas de polímero disueltas.
6. Reología de emulsiones.
   • 6.1 Preparación de emulsiones.
   • 6.2. Viscosidad, viscoelasticidad lineal y no-lineal.
   • 6.3. Reología en emulsiones con elevada fracción de volumen de gotas.
7. Reología de espumas.
   • 7.1. Modelos de conformación de espumas.

Tema 6. Reología de polímeros. Aplicación en industria de lubricantes, biopolímeros, elastómeros y productos alimentarios (opcional). 2,5 horas

1. Introducción.
2. Comportamiento general.
3. Efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico de polímeros.
4. Efecto del peso molecular.
5. Efecto de la concentración sobre la reología de disoluciones de polímeros.
6. Geles poliméricos.
7. Cristales líquidos.
8. Teorías moleculares.
   • 8.1. Conceptos básicos.
   • 8.2. Modelos de esferas-muelles: modelos lineales de Rouse-Zimm.
   • 8.3. Modelos no-lineales de Giesekus-Bird.
   • 8.4. Modelos en red.
   • 8.5. Modelos de movimiento reptante.
9. Método de las variables reducidas.
10. Relaciones empíricas entre funciones reológicas.
11. Aplicaciones prácticas.
    • 11.1. Procesado de polímeros.
    • 11.2. Lubricantes multigrado.
    • 11.3. Extracción de petróleo.
    • 11.4. Adición de polímeros como espesantes en productos acuosos.

Seminarios / Trabajos monográficos (a título orientativo):

• Reología extensiométrica.
• Reología de emulsiones y suspensiones alimentarias.
• Reología de productos farmacéuticos y cosméticos: cremas, pomadas, geles.
• Reología de asfaltos, aceites, grasas, lubricantes multigrado.
• Hemorreología: propiedades reológicas de la sangre y derivados.
• Reología de derivados de la industria química: pinturas, tinta, papel, cerámicas, detergentes líquidos.
• Fluidos electrorreológicos y magnetorreológicos.

Prácticas

• Se realizarán medidas con un reómetro de las propiedades de uno de los materiales elegidos para el trabajo final de curso:
• Medidas en estado estacionario: viscosidad y esfuerzo umbral.
• Medidas bajo esfuerzo de cizalla oscilante: módulos elástico y viscoso.
• Medidas en régimen transitorio: módulos de fluencia-recuperación.

• Barnes, H. A., J. F. Hutton, K. Walters. An Introduction to Rheology. Elsevier. Amsterdam. 1989.
• Goodwin, J. W., R. W. Hughes. Rheology for Chemists. An Introduction. Royal Society for Chemistry. Cambridge. 2000.
• Larson, R. G. The Structure and Rheology of Complex Fluids. Oxford University Press. Nueva York. 1999.
• Macosko, C. W. Rheology. Principles, Measurements, and Applications. VCH. Nueva York. 1994.

• Boger, D. V., K. Walters. Rheological Phenomena in Focus. Elsevier. Amsterdam. 1993.
• Dickinson, E. An Introduction to Food Colloids. Oxford University Press. Oxford. 1992.
• Huilgol, R. R., N. Phan-Thien. Fluid Mechanics of Viscoelasticity. Elsevier. Amsterdam. 1997.
• Hunter, R. J. Foundations of Colloid Science. Clarendon Press. Oxford. 1987.
• Owens, R., T. N. Phillips. Computational Rheology. Imperial College Press. Londres. 2002.
• Schramm, G. Introducción a la Viscosimetría Práctica. Gebrüder Haake GmbH. Kalsruhe. 1994.
• Schramm, G. A Practical Approach to Rheology and Rheometry. Gebrüder Haake GmbH. Kalsruhe. 1994.
• Steffe, J. F. Rheological methods in food process engineering. Freeman Press. East Lansing, MI (USA). 1996.

• MD01. Lección magistral/expositiva 
• MD02. Resolución de problemas y estudio de casos prácticos o visitas a industrias 

• Se realizará en evaluación continua mediante:
  1. Ejercicios y actividades en clase
  2. Trabajos monográficos dirigidos por los profesores
  3. Presentación escrita y oral de trabajos
  4. Presentación oral y escrita de informes de laboratorio.
• La calificación final responderá al siguiente baremo:
  • Ejercicios y actividades en clase: 20%.
  • Prácticas, elaboración de informes escritos: 20%
  • Examen: evaluación de presentaciones orales de breves trabajos monográficos al final de cada tema y de un trabajo final de curso sobre un material de interés industrial supervisados por los profesores: 60%

• Evaluación por incidencias: podrán solicitar evaluación por incidencias, los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación o a las programadas en la Guía Docente con fecha oficial, por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 9 de la Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, siguiendo el procedimiento indicado en dicha normativa.

• La evaluación en convocatoria extraordinaria se basará en:
  • Examen teórico-práctico y/o trabajo monográfico: 100 %.

• Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad, o más tarde si hay causa sobrevenida, lo solicitará a través de la sede electrónica, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

• La evaluación en convocatoria extraordinaria se basará en:
  • Examen teórico-práctico y/o trabajo monográfico: 100 %.

• Alumnos con necesidades específicas de apoyo educativo (NEAE). Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades y la diversidad funcional del alumnado. La metodología docente y la evaluación serán adaptadas al alumnado con NEAE, conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de estudiantes de la UGR, publicada en el Boletín Oficial de la UGR no 112, de 9 de noviembre de 2016.
• Inclusión y Diversidad de la UGR. En el caso de estudiantes con discapacidad u otras NEAE, el sistema de tutoría deberá adaptarse a sus necesidades, de acuerdo a las recomendaciones de la Unidad de Inclusión de la UGR, procediendo los Departamentos y Centros a establecer las medidas adecuadas para que las tutorías se realicen en lugares accesibles. Asimismo, a petición del profesorado, se podrá solicitar apoyo a la unidad competente de la Universidad cuando se trate de adaptaciones metodológicas especiales.
• Información de interés para alumnado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).

• Prácticas de laboratorio: el estudiante recibirá, al inicio del curso, información sobre las Normas de Seguridad y del correcto desarrollo de las prácticas. El documento estará disponible en la plataforma PRADO de la asignatura. Este documento es de obligada lectura y aplicación durante el desarrollo de las prácticas, el no cumplimiento del mismo por parte del estudiante exime de cualquier responsabilidad al profesor que imparte las prácticas y al departamento donde se desarrollen las mismas.