Reologia

A reologia (do grego antigo ῥεῖν Rhine , alemão , flow ' e λόγος logos , alemão , ensino' ) ou cliente flutuante é a ciência que lida com a deformação - comportamento de fluxo e ocupação da matéria. A reologia, portanto, inclui subáreas da teoria da elasticidade , teoria da plasticidade e mecânica dos fluidos . Ele lida com problemas mecânicos contínuos , bem como com a derivação das leis materiais necessárias da micro ou nanoestrutura de diferentes classes de matéria condensada (por exemplo , sistemas macromoleculares , suspensões ).

Como disciplina interdisciplinar típica , a reologia está em contato com a física , a físico-química , a engenharia e as ciências dos materiais e, nas últimas décadas, com as ciências da vida e da terra .

Classificação

A reologia pode ser dividida em quatro áreas:

Reologia fenomenológica (macrorreologia)
Este ramo descreve a deformação e o comportamento do fluxo de substâncias sem considerar a estrutura da substância.
Reologia estrutural (microrreologia)
Os fenômenos são explicados aqui a partir da estrutura microscópica das substâncias.
Reometria
Ele lida com métodos de medição para determinar as propriedades reológicas.
Reologia aplicada
O conhecimento sobre o comportamento reológico flui para o design e desenvolvimento de produtos, processos técnicos e sistemas.

Uma especialidade é a reologia de alta temperatura. O limite superior de temperatura para medições aumentou nos últimos anos de 1600 ° C, alcançável em cadinhos de platina-ródio, para 1800 ° C em cadinhos de cerâmica.

História de origem

O egípcio Amenemhet levou em consideração a dependência da viscosidade da água com a temperatura ao projetar seu relógio de água no século 16 AC . Uma investigação científica das questões reológicas não ocorreu até o início do período moderno , em particular por Isaac Newton , que definiu a viscosidade para líquidos newtonianos , e por Robert Hooke , que estabeleceu a lei da elasticidade em sua homenagem ( lei de Hooke ).

No século 19, novos trabalhos sobre a mecânica dos fluidos foram realizados por George Gabriel Stokes , Claude Louis Marie Henri Navier , Gotthilf Hagen e Jean Léonard Marie Poiseuille . No final do século, James Clerk Maxwell , William Thomson, 1º Barão Kelvin , John Henry Poynting e outros estudaram viscoelasticidade . O trabalho de z. B. Barré de Saint-Venant e Ludwig Prandtl contribuíram para uma compreensão mais profunda da plasticidade .

O termo reologia para a ciência que trata do comportamento de fluxo e deformação da matéria só foi cunhado no final da década de 1920 por Eugene Cook Bingham , que também trabalhou no campo da teoria da plasticidade, junto com Markus Reiner . A nomenclatura foi inspirada no aforismo panta rhei de Heráclito (dt. Tudo flui ). O químico Bingham estava convencido da necessidade de um ramo da física que lidasse com essas questões e, portanto, tivesse certas interseções com a química e a engenharia. Ele disse a Reiner:

“Aqui você, um engenheiro civil, e eu, um químico, trabalhamos juntos em problemas comuns. Com o desenvolvimento da química dos colóides , essa situação aparecerá cada vez com mais frequência. Devemos, portanto, estabelecer um ramo da física que lida com esses problemas. "

- Bingham

Em 29 de agosto de 1929, ele e outros fundaram a Sociedade de Reologia em Columbus , Ohio .

Fundamentos

Propriedades de líquidos não newtonianos

Muitas substâncias combinam propriedades de um sólido ( elasticidade ) e um líquido ( viscosidade ), o que é descrito pelos modelos reológicos . Dependendo das condições experimentais, eles podem amortecer elasticamente as influências externas em escalas de tempo curtas, mas desaparecer em escalas de tempo longas. Esse comportamento é denominado viscoelástico ; pode ser descrito por um resumo dependente da frequência, mas ainda linear, da teoria da elasticidade e da hidrodinâmica newtoniana .

Outros efeitos reológicos típicos, por outro lado, são baseados em relações não lineares , como o efeito de estresse normal e o efeito de Weissenberg .

Exemplos de aplicação

A capacidade de um adesivo de umedecer a superfície de um componente é determinada por suas propriedades reológicas. A viscosidade , tixotropia , viscosidade estrutural , reopexia e dilatação são importantes .

Na moagem e panificação laboratórios Teigprüfgeräte como são Aleurometer , número do processo ipment, Farinógrafo , extensograph ou amylograph usado cereal - e farinha de qualidade a considerar. A resistência de uma massa a uma carga mecânica constante é medida e registrada na curva do reômetro . Podem ser testes de amassamento, alongamento ou gelatinização (com o aumento da temperatura).

Na indústria de laticínios, propriedades típicas do produto de e. B. Cremes , pudins ou sobremesas podem ser destruídos se você não conhecer seu comportamento de fluxo.

As rochas no interior da Terra são viscosas em profundidades maiores (veja astenosfera ).

Processamento de plásticos

A chamada reologia de fusão é uma parte importante da reologia. A viscosidade de cisalhamento e às vezes também a viscosidade extensional são medidas como uma função da taxa de cisalhamento ou alongamento usando vários métodos. Reômetros capilares e reômetros rotacionais são mais frequentemente usados para a viscosidade de cisalhamento, enquanto apenas dispositivos especiais, os chamados reômetros extensionais , são usados para a viscosidade extensional . O objetivo é obter uma melhor compreensão da processabilidade de diferentes plásticos . Os fluxos dominados por cisalhamento são encontrados em uma extrusora , enquanto em muitos processos ( fiação de fibra , sopro de filme / corpo oco , repuxo profundo ou espumação ), processos com um alto grau de dominância de estiramento ocorrem após a extrusão, que são os mais exigentes tecnicamente e, portanto, a maioria requer uma compreensão do material.

medicamento

Na medicina, as propriedades de fluxo do sangue ( hemorreologia ) desempenham um papel muito importante para a microcirculação e, portanto, para o fornecimento de nutrientes e oxigênio a todos os órgãos. Em particular, o fluxo sanguíneo nos vasos mais pequenos, os capilares com um diâmetro de 4 a 10 µm, é decisivamente influenciado pelas propriedades reológicas do sangue. Estas são determinadas principalmente pelo deformabilidade e tendência para agregação ( formação de rolo ) dos eritrócitos (diâmetro médio de 7,6 um), a agregação de plaquetas , a temperatura, o hematócrito e a viscosidade do plasma sanguíneo .

Como parte da terapia de vários distúrbios circulatórios (e alegados distúrbios circulatórios), uma melhora na hemorreologia é freqüentemente buscada a fim de melhorar a microcirculação. Esses incluem a hemodiluição e administração de agentes antiplaquetários no acidente vascular cerebral , onde ocorre a AVK e quando surdez súbita . No entanto, apenas o efeito positivo dos inibidores da agregação plaquetária no AVC e AVK foi bem documentado; isso pode ser totalmente independente dos efeitos reológicos. No entanto, não há evidências científicas suficientes sobre o efeito na perda auditiva aguda e outras disfunções do ouvido interno. Um nome bastante raro para medicamento que estimula a circulação sanguínea é reológico (singular: reológico ).

Tecnologia de impressão

A reologia das tintas de impressão desempenha um papel importante na tecnologia de impressão. Os parâmetros físicos viscosidade e limite de fluxo , bem como o tamanho do dispositivo ("tack") determinam significativamente o comportamento da tinta de impressão na máquina de impressão ( divisão da tinta ), a transferência para o substrato e a qualidade do produto impresso.

As tintas de impressão são tixotrópicas porque são sistemas coloidais , ou seja, dispersões . A tixotropia é geralmente indesejável em tintas de impressão.

Veja também

literatura

  • Thomas Mezger: The Rheology Handbook. para usuários de reômetros de rotação e oscilação . 2., revisado. Edição. Vincentz Network, Hannover 2006, ISBN 978-3-87870-175-0 . Lothar Gehm: REOLOGIA - Noções básicas orientadas para a prática e glossário. VINCENZ 1998, ISBN 3-87870-449-6 .
  • Alexander Ya. Malkin, Avraam I. Isayev: Reologia - conceitos, métodos e aplicações. ChemTech Publ., Toronto 2005, ISBN 1-895198-33-X .
  • Robert G. Owens, TN Phillips: Reologia computacional. Imperial College Press, Londres 2002, ISBN 1-86094-186-9 .
  • Roger I. Tanner: Reologia de engenharia. Oxford Univ. Press, Oxford 2000, ISBN 0-19-856473-2 .

Links da web

Revistas científicas:

Evidência individual

  1. ↑ a b c Hanswalter Giesekus: Reologia Fenomenológica. Uma introdução . Springer, Berlin / Heidelberg / New York 1994, ISBN 3-642-57953-1 , cap. 1, pág. 1–4 , doi : 10.1007 / 978-3-642-57953-0 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
  2. ↑ a b c d Deepak Doraiswamy: As Origens da Reologia: Uma Curta Excursão Histórica . Em: The Society of Rheology (Ed.): Rheology Bulletin . fita 71 , no. 2 de janeiro de 2002 (inglês, rheology.org [PDF]).