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Una barra larga de cobre cuyo diámetro es de 2.0 cm se encuentra inicialmente a una temperatura uniforme de 100°C. En seguida se expone a una corriente de aire a 20°C, con un coeficiente de transferencia de calor de 200 W/m2 · K. ¿Cuánto tardaría en enfriarse la barra de cobre hasta una temperatura promedio de 25°C?
Tipo: Apuntes
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La reología es la especialidad de la física centrada en el análisis de los principios que determinan cómo se mueven los fluidos. El concepto fue propuesto por el científico estadounidense Eugene Cook Bingham ( 1878 – 1945 ) en la primera mitad del siglo XX. Lo que hace la reología es estudiar el vínculo existente entre la fuerza que se ejerce sobre un material y la deformación que éste experimenta al fluir. A través de ecuaciones constitutivas, es posible establecer un modelo acerca de la manera de comportarse de estas sustancias. En este contexto, la deformación es un cambio que se produce en la forma o el tamaño de un cuerpo a causa de la producción de esfuerzos internos que surgen como resultado de la aplicación de una o varias fuerzas, o bien de la dilatación térmica. Para llevar a cabo la medición de la deformación se utiliza la magnitud denominada deformación unitaria o axial, que la ingeniería define como la modificación de la longitud de un cuerpo por cada unidad. La rama de la física en la cual se estudia el concepto de reología es la mecánica de medios continuos, también conocida como física de medios continuos, la cual se apoya en un único modelo para tratar fluidos, sólidos rígidos y sólidos deformables. Los fluidos pueden clasificarse como gases o líquidos.
Se conoce con el nombre de esfuerzo normal, por otro lado, a aquél que tiene lugar como resultado de tensiones normales (en otras palabras, perpendiculares) a la superficie para la que se pretende determinar la magnitud de esfuerzo. El esfuerzo que se desprende de las tensiones cortantes (o sea, tangenciales) al plano en cuestión, se denomina cortante. Gracias a la reología, se puede saber con precisión cómo reaccionan los fluidos y los sólidos ante un esfuerzo. En el caso de los fluidos ideales, su deformación es irreversible: la energía adopta la forma de calor y se disipa en el material, sin que se pueda recuperar pese a la finalización del esfuerzo. En los sólidos ideales, en cambio, la energía que impulsa la deformación elástica se logra recuperar cuando el esfuerzo se retira. La reología aporta información, por ejemplo, sobre el proceso que experimentan los alimentos cuando son masticados y deglutidos. Esta materia, a través de la masticación y de la acción de la saliva, se deforma y se transforma en una pasta que fluye hacia el interior del organismo.
La medición de propiedades reológicas se aplica a todos los materiales, desde fluidos como soluciones diluidas de polímeros y surfactantes hasta fórmulas concentradas de proteínas, y desde semisólidos como pastas y cremas hasta polímeros fundidos o sólidos, así como al asfalto. Las propiedades reológicas pueden medirse a través de la deformación de una muestra en un volumen grande, usando un reómetro rotacional, o en una escala microscópica mediante el uso de un viscómetro de micro capilaridad o una técnica óptica como la micro- reología.
Las propiedades reológicas tienen un impacto en todas las etapas del uso de los materiales en las diversas industrias, desde el desarrollo de fórmulas y su estabilidad, hasta el procesado y el rendimiento de los productos. El tipo de reómetro que se necesita para medir estas propiedades depende, con frecuencia, de las velocidades de deformación y períodos de tiempo pertinentes, así como del tamaño de la muestra y de su resistencia a fluir. Algunos ejemplos de mediciones reológicas incluyen:
Los ensayos reológicos pueden medir la viscosidad de un polímero, desde los ensayos de punto único hasta los ensayos de velocidad de cizallamiento variable. Existen diversas técnicas para medir las propiedades reológicas de los materiales. Algunos son específicamente aplicables a los sistemas coloidales, como los soles y las emulsiones. Los soles son sistemas sólidos en líquido que se utilizan en pinturas y revestimientos, alimentos y bebidas como por ejemplo estudiar la calidad de un alimento procesado, formulaciones farmacéuticas, cosméticos y cuidado personal. Las emulsiones son sistemas de líquido en líquido que suelen utilizarse en pinturas y revestimientos, adhesivos, alimentos, cosméticos, cuidado personal, productos agroquímicos y formulaciones farmacéuticas. Incluso los sistemas no coloidales estándar, como las dispersiones de partículas grandes, el cemento y la cerámica y los minerales también pueden evaluarse.
El Laboratorio de Reología y Física de la Materia Blanda de la Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM), del Instituto Politécnico Nacional (IPN), se originó con el nombre de Laboratorio de Reología en julio de 1986 como una iniciativa de los Doctores en Ciencias Lourdes Angélica Vega Acosta Montalban (aka Lourdes de Vargas) y José Manuel Tejero Andrade. Al mismo tiempo, se abrieron las áreas de investigación y enseñanza en Reología y Polímeros dentro de la ESFM al ofrecerse cursos y tesis relativos a dichos temas en sus programas de licenciatura y posgrado. El Laboratorio de Reología fue dirigido por la Dra. Vega desde entonces y hasta su retiro del IPN en 2010. A partir de esa fecha, la operación del laboratorio ha corrido a cargo del Dr. José Pérez González, bajo cuya dirección se modificó su nombre por el actual, Laboratorio de Reología y Física de la Materia Blanda. PROYECTOS Los proyectos que se desarrollan en el Laboratorio de Reología y Física de la Materia Blanda cuentan con el financiamiento del Instituto Politécnico Nacional y del CONACYT. Las principales líneas de investigación se enlistan a continuación:
INVESTIGADOR Dr. José Pérez González INVESTIGADORES ASOCIADOS Dr. Benjamín M. Marín Santibañez (ESIQIE-IPN) Dr. Francisco Rodríguez González (CEPROBI-IPN)
