TEMA: VISCOELASTICIDAD

REOLOGIA

La ciencia de la reologia apenas tiene 80 años, fue fundada por dos científicos (Marcus

Reiner y Eugene Bingham) en los años veinte quienes tuvieron la necesidad común de

describir las propiedades del flujo del fluido. Desde ahí la reologia es una rama de la física

que estudia el comportamiento de los fluidos sometidos a diferentes tipos de esfuerzos. El

campo de la reologia se extiende desde la mecánica de los fluidos Newtonianos y la

elasticidad de Hooke.

Es la que estudia la deformación y flujo de la materia, su parámetro más característico es

la viscosidad, que mide la resistencia interna que un líquido ofrece al movimiento relativo

de sus distintas partes.

Una parte de su campo de interés corresponde a los fluidos y los polímeros. Su estudio es

esencial en muchas industrias incluyendo las de plásticos, pinturas, alimentos.

VISCOELASTICOS

Se caracterizan por presentar a la vez propiedades viscosas como elásticas, esta mezcla de

propiedades puede ser debida a la existencia en el líquido de moléculas muy largas y

flexibles o también a la presencia de partículas líquidas o sólidos dispersos. Ejemplos de

fluidos viscoelásticos: son la nata, la gelatina y los helados.

La forma más sencilla de abordar la viscoelasticidad es mediante modelos reológicos. Los

llamados modelos reológicos son sistemas mecánicos elementales que capturan de forma

sencilla los distintos tipos de comportamientos, a partir de una combinación de resortes y

amortiguadores.

La viscoelasticidad supone una elaboración de la respuesta elástica que incorpora los

efectos de dependencia de la velocidad de deformación. Estos efectos son imprescindibles

para poder modelar sólidos que poseen fluencia y relajación, dos comportamientos

fundamentales en los polímeros.

FLUENCIA:

Es el incremento continuo de la deformación bajo una carga constante. Para describir el

fenómeno de la fluencia empleamos un modelo reológico compuesto por un resorte y un

amortiguador colocados en paralelo, y que se conoce con el nombre del modelo de Kelvin.

Cuando un elemento de Kelvin se somete a una tensión esta se reparte entre el resorte y el

amortiguador de forma que se verifica en todo instante.

RELAJACIÓN:

La tensión decrece con el tiempo cuando se aplica una deformación constante. Este

comportamiento, se aclara al estudiar el elemento de Maxwell, que combina un resorte y un

amortiguador en serie.

El modelo de Maxwell se caracteriza porque cuando una tensión se aplica sobre el mismo,

ésta la recibe tanto el resorte como el amortiguador.

Sin embargo ninguno de los dos modelos (Kelvin y Maxwell) es capaz de representar en

ambos fenómenos el comportamiento viscoelástico y por tanto debemos emplear un modelo

reológico algo más complejo:

EL SÓLIDO LINEAL ESTÁNDAR:

El modelo del sólido lineal estándar combina un elemento de Maxwell, en paralelo con un

resorte Kelvin, como se indica en la Figura.

VELOCIDAD DE DEFORMACION:

El comportamiento del material es diferente para diferentes velocidades de deformación.

No existe ningún modelo que sea capaz de reproducir completamente todos los fenómenos

asociados a la Viscoelasticidad con un único par de constantes.

APLICACIONES

- Material viscoelástico

El material viscoelástico fue desarrollado originalmente a

principios de los años sesenta en el centro de Investigación Ames

de la NASA para aliviar la presión ejercida por la fuerza de la

gravedad experimentada por los astronautas durante el despegue.

También es llamada “espuma con memoria inteligente” fue usada

como material imprescindible en la fabricación de los asientos de las naves espaciales para

atenuar la fuerza del impacto de los despegues y aterrizajes, gracias a la propiedad del

material para distribuir de manera uniforme el peso y la presión y su capacidad para

amortiguar choques. Este material pasó del ámbito espacial al uso doméstico en la década

de los 90.

- En la medicina

Este producto es usado en prótesis debido a que no produce ninguna presión sobre el

cuerpo y en colchones ortopédicos que aseguran un mejor descanso.

Productos viscoelásticos son usados en cirugías oftálmicas especialmente en la extracción

de cataratas, esta sustancia debe recubrir los tejidos con mínima actividad, ser elástico,

estéril, biocompatible, biodegradable, y tener la capacidad de aspirarse sin dificultad de la

cámara del ojo, protegiendo las células endoteliales durante las manipulaciones quirúrgicas.

El Hialuronato de Sodio (HaNa) es el principal activo que se usa para la fabricación de

estos productos. Por mucho tiempo HaNa fue extraído de fuentes animales pero con el

avance de la biotecnología actualmente existen procesos

industriales para obtenerlo por fermentación bacteriana,

empleando cepas de Streptococcus zooepidemicus, lo cual

El cirujano hace una pequeña incisión en el ojoInyecta la sustancia viscoelástica hacía el interior del ojo.

El cirujano inicia a remover y extraer la catarata.

Se implanta la lente intraocular.Se retira el viscoelástico.

ha permitido reducir costos, tener una mayor productividad y pureza del HaNa en

comparación con los métodos de extracción convencionales.

Procedimiento:

Las sustancias viscoelásticas ayudan al deslizamiento de la lente y a expandir el espacio

quirúrgico en el interior del ojo.

Avances: Actualmente existen tendencias para combinar el HaNa con quitosan, material

que le confiere más elasticidad y además posee propiedades antimicrobianas, lo cual

significa que si un viscoelástico no es removido completamente finalizada una cirugía, el

resto no sería un medio de cultivo para algún microorganismo.

- Uso terapéutico

Colchones y almohadas: Los colchones viscoelásticos fomentan un descanso profundo y

reparador.  Este material produce un efecto huella de memoria cuando se ejerce presión y

transmite calor sobre el mismo, pero recupera su forma original lentamente. Esta

recuperación se denomina resiliencia (High Resilence), que es la capacidad que tiene el

material de recuperar su forma original. El material viscoelástico está formado por células

abiertas que permiten que el aire circule libremente garantizando una higiene máxima.

Son usados en ingeniería aeroespacial y mecánica para controlar las vibraciones en

estructuras y máquinas. En ingeniería acústica para reducir el ruido. Los polímeros (como

la goma) que son materiales constituidos por cadenas moleculares grandes tienen la

capacidad de proveer amortiguamiento viscoelástico

En ingeniería aeronáutica y aeroespacial también se han usado para disminuir las

oscilaciones inducidas por la turbulencia, las vibraciones trasmitidas desde turbinas, o por

los motores de cohetes, etc.

En ingeniería civil, una posible aplicación sería la reducción de los efectos de los

terremotos o del viento sobre las estructuras tanto de edificios como de puentes.

FUENTES DE CONSULTA

AULTON. M, 2004, “Farmacia la ciencia del diseño de las formas farceuticas”, segunda

edición, Elsevier, España, pag 54.

- Internet

La viscoelástica: de la NASA a tu colchón. 05/11/2011

http://www.dormitienda.com/blog/la-viscoelastica-de-la-nasa-a-tu-colchon/

ELÍAS, I. Viscoelásticos de nueva generación para cirugías oftálmicas.

http://biojiem.com/Bio2/Biotec/viscoelast.htm

JHON J. GIL y LUIS E. SUÁREZ. 2007. Efecto de la geometría de vigas con capas viscoelásticas en la disipación de energía. Argentina

http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/1145/1095

Diseños de la NASA superan el campo espacial

http://edicionimpresa.elcomercio.com/es/2923000073c1214d-32e0-46c7-b941a48e115f1717

Viscosidad.

bigmac.mecaest.etsii.upm.es/Site/MSD_files/cap6.pdf