Guía docente de Reología Aplicada a Productos Industriales (22011B2)
Grado
Rama
Módulo
Materia
Curso
Semestre
Créditos
Tipo
Profesorado
Teórico
Tutorías
Juan de Dios García López-Durán
Email- Primer semestre
- Martes de 10:30 a 12:30 (Dpcho.13 Dpto. Física Aplicada)
- Miércoles de 10:30 a 12:30 (Dpcho.13 Dpto. Física Aplicada)
- Jueves de 10:30 a 12:30 (Dpcho.13 Dpto. Física Aplicada)
- Segundo semestre
- Martes de 10:30 a 12:30 (Dpcho.13 Dpto. Física Aplicada)
- Miércoles de 10:30 a 12:30 (Dpcho.13 Dpto. Física Aplicada)
- Jueves de 10:30 a 12:30 (Dpcho.13 Dpto. Física Aplicada)
Prerrequisitos y/o Recomendaciones
- Se recomienda tener cursadas las asignaturas: Física I, Mecánica de Fluidos.
- Tener conocimientos básicos sobre: Mecánica de fluidos.
Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Grado)
- Viscosimetría. Viscoelasticidad. Técnicas experimentales en reología. Aplicación a: suspensiones cerámicas y farmacéuticas; polímeros, biopolímeros y elastómeros; lubricantes multigrado; emulsiones alimentarias y farmacéuticas.
Competencias
Competencias generales
- CG02. Saber aplicar los conocimientos de Ingeniería Química al mundo profesional, incluyendo la capacidad de resolución de cuestiones y problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad y razonamiento crítico.
- CG03. Adquirir la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes dentro del área de la Ingeniería Química, así como de extraer conclusiones y reflexionar críticamente sobre las mismas.
- CG04. Saber transmitir de forma oral y escrita información, ideas, problemas y soluciones relacionados con la Ingeniería Química, a un público tanto especializado como no especializado.
- CG06. Capacidad de organizar y planificar
- CG07. Capacidad de gestión de la información
- CG08. Trabajo en equipo
- CG10. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica
Competencias específicas
- CE08. Conocimientos de los principios básicos de la mecánica de fluidos y su aplicación a la resolución de problemas en el campo de la ingeniería. Cálculo de tuberías, canales y sistemas de fluidos.
- CE09. Conocimientos de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales.
- CE22. Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y productos.
- CE24. Capacidad para el diseño y gestión de procedimientos de experimentación aplicada, para la determinación de propiedades termodinámicas y de transporte, y modelado de fenómenos y sistemas en el ámbito de la ingeniería química, sistemas con flujo de fluidos, transmisión de calor, operaciones de transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas y operación de reactores.
Resultados de aprendizaje (Objetivos)
- 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.
Programa de contenidos teóricos y prácticos
Teórico
Tema 1. Introducción. 10 horas
- ¿Qué es la Reología?
- Modelos de líquido viscoso y sólido elástico.
- ¿Sólidos o líquidos?: Número de Deborah.
- Líquidos elásticos y sólidos viscosos.
- Viscoelasticidad lineal y no-lineal.
- Tensor de esfuerzos: esfuerzos normales y tangenciales.
- Medidas reológicas: grupos adimensionales.
- Macromoléculas y coloides.
Tema 2. Líquidos no-newtonianos: viscosidad. 10 horas
- Introducción.
- 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.
- Líquidos no-newtonianos con propiedades independientes del tiempo.
- 3.1. Fluidificantes.
- 3.2. Espesantes.
- Líquidos no-newtonianos con propiedades dependientes del tiempo.
- 4.1. Tixotropía.
- 4.2. Reopexia.
- 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.
- Elección del viscosímetro óptimo: ejemplos.
- Métodos y técnicas experimentales en viscosimetría: medidas en estado estacionario.
Tema 3. Viscoelasticidad lineal. 10 horas
- Introducción.
- Viscoelasticidad lineal: ecuación constitutiva general.
- Módulo de fluencia (“compliance o creep modulus”) y módulo de rigidez.
- Modelos viscoelásticos lineales elementales.
- 4.1. Sólido de Kelvin-Voigt.
- 4.2. Líquido de Maxwell.
- Modelos de Kelvin-Voigt y de Maxwell generalizados.
- Materiales viscoelásticos lineales en régimen oscilatorio.
- 6.1. Potencia almacenada y disipada en régimen oscilatorio.
- 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
- Introducción: fenómenos no-lineales.
- Origen y naturaleza de las diferencias entre esfuerzos normales (N1 y N2).
- Comportamiento típico de N1 y N2.
- Efectos observables de N1 y N2: efecto Weisenberg; efecto sifón; hinchamiento de vena líquida; vórtices en procesos de mezcla.
- Métodos de medida de N1 y N2.
- 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
- 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.
- 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.
- Contribución de las interacciones entre partículas coloidales a la viscosidad.
- 3.1. Fuerzas repulsivas.
- 3.2. Fuerzas atractivas.
- Propiedades viscoelásticas de suspensiones.
- Interacción entre partículas en suspensión y moléculas de polímero disueltas.
- 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.
- 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
- Introducción.
- Comportamiento general.
- Efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico de polímeros.
- Efecto del peso molecular.
- Efecto de la concentración sobre la reología de disoluciones de polímeros.
- Geles poliméricos.
- Cristales líquidos.
- 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.
- Método de las variables reducidas.
- Relaciones empíricas entre funciones reológicas.
- 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.
Práctico
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.
Bibliografía
Bibliografía fundamental
- 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.
Bibliografía complementaria
- 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.
Enlaces recomendados
Metodología docente
- MD01. Lección magistral/expositiva
- MD02. Resolución de problemas y estudio de casos prácticos o visitas a industrias
Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final)
Evaluación ordinaria
- Se realizará en evaluación continua mediante:
- Ejercicios y actividades en clase
- Trabajos monográficos dirigidos por los profesores
- Presentación escrita y oral de trabajos
- 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 extraordinaria
- La evaluación en convocatoria extraordinaria se basará en:
- Examen teórico-práctico y/o trabajo monográfico: 100 %.
Evaluación única final
- La evaluación en convocatoria extraordinaria se basará en:
- Examen teórico-práctico y/o trabajo monográfico: 100 %.
Información adicional
Información de interés para estudiantado 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).