viscoelastico final

8/12/2019 Viscoelastico Final

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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA MECANICA DE FLUIDOS

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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA

FAC. DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y

FORMALES

PROG. PROF. DE INGENIERIA MECANICA-ELECTRICA

CURSO : MECANICA DE FLUIDOS 2

DOCENTE: ING. JUAN JOSE MILON

ALUMNOS: COILA VALVERDE JUAN DAVID

MAMAMI TAYA ROBERTO

MARRON MENDOZA ALDO IVAN

RIVAS QUISPE SAULO

FECHA: FEBRERO 2014


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INDICE

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1. INTRODUCCION 3

2. OBJETIVOS.. 3

3. MARCO TEORICO.. 4

3.1 CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS.. 4

3.1.1 FLUIDOS NEWTONIANOS . 5

3.1.2 FLUIDOS NO NEWTONIANOS. 7

3.1.2.1. FLUIDOS INDEPENDIENTES DEL TIEMPO 7

3.1.2.2 FLUIDOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO 8

3.1.3 FLUIDOS VISCOELASTICOS 9

3.1.3.1 MODELO DEL EMBOLO. 10

3.1.3.2.MODELO DEL RESORTE.. 11

3.1.3.3 MODELO DE MAXWELL.. 11

3.1.3.4.MODELO DE KELVIN-VOIGT 12

3.1.4.MEDICION DE LA VISCOELASTICIDAD.. 13

4. APLICACIONES DE FLUIDOS VISCOELASTICOS 14

4.1 PROTECCION SISMICA EN EDIFICACIONES.. 14

4.1.1 DESCRIPCION DE LOS AISLADORES 14

4.2 LA PLASTILINA.... 15

4.3 FRACTURAMIENTO HIDRAULICO 16

4.3.1 COMO SE REALIZA LA OPERACIN DEL FRACTURAMIENTO. 17

4.3.2. DATOS REALES DEL FRACTURAMIENTO HIDRAULICO 18

4.4 COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS POLIMEROS.. 19

4.5.MATERIAL VISCOELASTICO PARA FABRICAR COLCHONES 20

4.6 ADHESIVO VISCOELASTICO.. 21

4.7 APLICACIONES MEDICAS DE POLIMEROS VISCOELASTICOS. 21

5. BIBLIOGRAFIA 22


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TEMA : FLUIDOS VISCOELASTICOS

1. INTRODUCCION:

En la actualidad existen un gran nmero de estudios que describen el comportamiento demateriales viscoelsticos y de las aplicaciones en ingeniera , sobre dicho comportamientoviscoelsticos se han desarrollado varios modelos que describen de una manera simplificada ymuy aproximada el comportamiento real ,lo que ha ayudado a los ingenieros en disear fluidosmuy aprovechables en la industria , ya sea en sector construccin , en sector minera , en sectorproduccin y alimentacin ,etc. las caractersticas tanto elsticas como viscosas convierten aeste tipo de fluidos en un gran campo de investigacin para los nuevos ingenieros.

Debemos considerar tambin que la complejidad de los modelos matemticos dependen delnmero de variables con las que se define el comportamiento del material, las cuales incluyen: elcomportamiento elstico, la rapidez de deformacin, la energa disipada, etc.

El presente trabajo parte desde los conceptos base para entender el comportamiento de estosfluidos, la reologa y la clasificacin de los fluidos resulta crucial para comprender a los fluidosviscoelsticos, seguidamente se abordaran a los fluidos viscoelsticos en conceptos bsicos,modelos matemticos y finalmente sus principales aplicaciones en la industria.

2. OBJETIVOS:

2.1 saber diferenciar claramente los tipos de fluidos que existen en la naturaleza, vistos desde el

punto de vista de la reologa.

2.2 Conocer la fsica bsica de un fluido viscoelstico y diferenciar las teoras de modelamiento

que aplican para este tipo de fluido.

2.3 Conocer las principales aplicaciones en la industria de los fluidos viscoelsticos, as mismo

comprender las ventajas del uso de estos fluidos en la actualidad.


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3. MARCO TEORICO: REOLOGIA

Es la ciencia de la deformacin y flujo de los materiales. Es la rama de la fsica que trata sobre lamecnica de los cuerpos deformables. La mayora de la teora sobre reologa trata con casos

idealizados, basados en ecuaciones diferenciales de primer orden y sobre el concepto de que lasconstantes en esas ecuaciones no varan con los cambios en las variables involucradas. Sinembargo, existen numerosas excepciones de los conceptos ideales, las cuales han sidomatemticamente desarrolladas. Por tanto estos sistemas reolgicos, parecen ser an ms comunesque los sistemas ideales. Adems, aun cuando la teora sobre reologa, tanto cualitativa comocuantitativamente, trata con fenmenos reversibles, a menudo se encuentra la irreversibilidad.Su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plsticos, pinturas, alimentacin,tintas de impresin, detergentes y/o aceites lubricantes por ejemplo.Un concepto simplificado y formal de reologa seria: parte de la mecnica que estudia la elasticidad,plasticidad y viscosidad de la materia

PROPIEDADES REOLGICAS:

Viscosidad

Elasticidad

Plasticidad

Viscosidad :

La viscosidad es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales, (debida a las fuerzas decohesin moleculares). Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelode viscosidad nula una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tieneviscosidad se llama fluido ideal.

La viscosidad slo se manifiesta en lquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como larelacin existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe elnombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinmica. Generalmente se representa por la letragriega

Se conoce tambin otra viscosidad, denominada viscosidad cinemtica, y se representa por Paracalcular la viscosidad cinemtica basta con dividir la viscosidad dinmica por la densidad del fluido.

Existen diversos modelos de viscosidad aplicables a sustancias que presentan comportamientosviscosos de diferente tipo. El modelo o tipo de fluido viscoso ms sencillo de caracterizar es el fluidonewtoniano, que es un modelo lineal (entre el gradiente de velocidades y las tensiones tangenciales)pero tambin existen modelos no lineales que trataremos ms adelante a mas detalle.

3.1 CLASIFICACIN Y DISTRIBUCION DE LOS FLUIDOS

Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo con su comportamiento bajo la accin de un esfuerzocortante y a la velocidad de corte inducida por dicho esfuerzo resultante en un flujo laminar yunidireccional, a temperatura constante. Considere un sistema de dos placas paralelas separadas porun fluido, como el mostrado en la Figura 1 Las placas son infinitamente grandes con respecto a laseparacin entre ellas.


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Tabla 1 : Clasificacin de los fluidos

3.1.1 FLUIDOS NEWTONIANOS:Los fluidos newtonianos o ideales son aquellos cuyo comportamiento reolgico puede ser descrito deacuerdo con la LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON. Es decir, son aquellos fluidos que exhibenuna proporcionalidad directa entre el esfuerzo cortante aplicado y la velocidad de corte inducida,como se muestra en la Figura 2.

Si por ejemplo se triplica el esfuerzo cortante, la velocidad de deformacin se va aTriplicar tambin. Esto es debido a que el trmino viscosidad es constante para este tipo de fluidos yno depende del esfuerzo cortante aplicado.Hay que tener en cuenta tambin que la viscosidad de un fluido newtoniano no depende del tiempode aplicacin del esfuerzo, aunque s puede depender tanto de la temperatura como de la presin a laque se encuentre.

Figura 2: fluido newtoniano


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3.1.2 FLUIDOS NO-NEWTONIANOS:

Los fluidos no-Newtonianos son aquellos fluidos que no se comportan de acuerdo con la Ley de laViscosidad de Newton. Por exclusin, en este grupo se incluye a todos los fluidos que no exhiben una

relacin directa entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. A su vez, stos pueden sersubdivididos en dos grupos:

Fluidos Independientes del Tiempo

Fluidos Dependientes del Tiempo.

2.1.2.1 Fluidos independientes del tiempo de aplicacin:Estos fluidos se pueden clasificar dependiendo de si tienen o no esfuerzo umbral, esDecir, si necesitan un mnimo valor de esfuerzo cortante para que el fluido se ponga en movimiento.

Fluidos sin esfuerzo umbral: Fluidos pseudoplasticos: (SHEAR - THINNING): Este tipo de fluidosse caracterizan por una disminucin de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad dedeformacin. Su comportamiento se puedeobservar en la Figura 3:

Figura 3 comportamiento pseudoplastico

Ejemplos de fluidos pseudoplsticos son: algunos tipos de ktchup, mostaza, algunas clases depinturas, suspensiones acuosas de arcilla, etc.

Fluidos dilatantes: (SHEAR - THICKENING): Estos son suspensiones en las que se produce unaumento de la viscosidad con la velocidad de deformacin, es decir, un aumento del esfuerzo

cortante con dicha velocidad. La figura representa las curvas de fluidez y viscosidad para este tipo defluidos:

Figura 4 : curvas de fluidez y viscosidad para un fluido dilatante


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El fenmeno de dilatacin se produce debido a la fase dispersa del fluido. En dicho fluido tiene lugarun empaquetamiento de las partculas, dejando a la fase continua casi sin espacio.Si a continuacin se aplica un esfuerzo, el empaquetamiento se altera y los huecos entre las

partculas dispersas aumentan. Adems, conforme aumenta la velocidad de deformacin aplicada,mayor turbulencia aparece y ms difcil es el movimiento de la fase continua por los huecos, dandolugar a un mayor esfuerzo cortante (la viscosidad aumenta).

Ejemplos de este tipo de fluidos son: la harina de maz (mezclada con agua da lugar a una masa quese vuelve muy espesa al moverla), las disoluciones de almidn muy concentradas, la arena mojada,dixido de titanio, etc.

Fluidos con esfuerzo umbral, llamados tambin plsticos (VISCOPLASTIC).

Este tipo de fluido se comporta como un slido hasta que sobrepasa un esfuerzo cortante mnimo

(esfuerzo umbral) y a partir de dicho valor se comporta como un lquido. Las curvas de fluidez yviscosidad se representan en la siguiente figura 5:

Figura 5 : curvas de fluidez y viscosidad para un fluido plstico

Los fluidos plsticos, a su vez, se diferencian en la existencia de proporcionalidad entre el esfuerzocortante y la velocidad de deformacin, a partir de su esfuerzo umbral.Si existe proporcionalidad, se denominan fluidos plsticos de Bingham y si no la hay, se denominansolo plsticos.Algunos ejemplos de comportamiento plstico son el chocolate, la arcilla, la mantequilla, lamayonesa, la pasta de dientes, las emulsiones, las espumas, etc.

3.1.2.2 FLUIDOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO DE APLICACIN:

Este tipo de fluidos se clasifican en dos tipos: los fluidos t ixotrpicos, en los que su viscosidaddisminuye al aumentar el tiempo de aplicacin del esfuerzo cortante, recuperando su estado inicialdespus de un reposo prolongado, y los fluidos reopcticos, en los cuales su viscosidad aumenta conel tiempo de aplicacin de la fuerza y vuelven a su estado anterior tras un tiempo de reposo.

Fluidos tixotrpicos: Estos se caracterizan por un cambio de su estructura interna al aplicar unesfuerzo.Esto produce la rotura de las largas cadenas que forman sus molculas.Dichos fluidos, una vez aplicado un estado de cizallamiento (esfuerzo cortante), slo puedenrecuperar su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo.

La viscosidad va disminuyendo al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve a aumentar al cesar dichafuerza debido a la reconstruccin de sus estructuras y al retraso que se produce para adaptarse alcambio. Aparece un fenmeno de histresis.


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Figura 6 curvas de fluidez y viscosidad de un fluido tixotrpico(hay histresis)

Ejemplos tpicos se fluidos tixotrpicos son: las pinturas, el yogurt, las tintas de impresin, la salsa detomate, algunos aceites del petrleo, el nylon, etc.

Fluidos reopcticos: Los fluidos reopcticos, se caracterizan por tener un comportamiento contrarioa los tixotrpicos, es decir, que su viscosidad aumenta con el tiempo y con la velocidad de deformacin aplicada y presentan una histresis inversa a estos ltimos.Esto es debido a que si se aplica una fuerza se produce una formacin de enlaces intermolecularesconllevando un aumento de la viscosidad, mientras que si cesa sta se produce una destruccin delos enlaces, dando lugar a una disminucin de la viscosidad.Las curvas de fluidez y de viscosidad de los fluidos reopcticos se representan en la figura 7:

Figura 7 : curvas de comportamiento reopctico (con histresis)

Existen pocos fluidos de este tipo. Un ejemplo es: el yeso , entre otros.

3.1.3 FLUIDOS VISCOELASTICOS:

Estas sustancias fluyen cuando se aplica en ellas un esfuerzo de corte, pero tienen la particularidadde recuperar parcialmente su estado inicial, presentando entonces caractersticas de los cuerposelsticos. Un ejemplo tpico es la agitacin de un lquido en una taza con una cuchara, si el fluido esviscoso, cuando se retira la cuchara cesa el movimiento. Si el material es viscoelstico, al sacar lacuchara se puede observar que el movimiento se hace ms lento e incluso puede llegar a cambiarlevemente el sentido de giro antes de detenerse por completo. En esta categora podemos mencionara polmeros fundidos, soluciones de polmeros.


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El comportamiento reolgico de los materiales viscoelstico durante la relajacin (ensayos adeformacin constante) puede modelarse mediante analogas mecnicas compuestas de resortes yamortiguadores. El resorte es considerado un elemento elstico ideal, obedece la ley de Hooke, y elamortiguador es representado por un sistema cilindro-pistn en el cual se manifiesta la parte viscosa,

considerando un lquido ideal, de comportamiento newtoniano

Un acercamiento clsico a la descripcin de la respuesta de materiales que exhiben propiedadesviscosas y elsticas est basado en la analoga con la respuesta de ciertos elementos mecnicos.Esto implica la construccin de modelos viscoelsticos por combinacin de elementos mecnicos quesimulan propiedades viscosas y elsticas puras, por lo que representan comportamientosviscoelsticos lineales. Puesto que los materiales reales muestran comportamientos no lineales bajograndes deformaciones, estos modelos son apropiados slo para pequeas amplitudes dedesplazamiento, y no son adecuados para predecir una deformacin continua o comportamiento deflujo de los materiales reales.

Los elementos mecnicos convencionales que representan los comportamientos viscoso y elsticolineales son el amortiguador hidrulico y el muelle, respectivamente.

Figura 8 : Modelamiento simplificado de un fluido viscoelstico

Se describirn tres modelos simples:- Modelo de Maxwell , en el que los dos elementos estn colocados en serie.- Modelo de Kelvin ,en el que los dos elementos estn colocados en paralelo.- Modelo del slido lineal estndar.- Modelo de los cuatro elementos.

Se analizar la respuesta de estos modelos bajo las condiciones de fluencia y relajacin detensiones. Todos los modelos son lineales, es decir, en todo momento y en cualquier punto la tensin

ser proporcional a la deformacin.

Aunque los modelos no nos dicen nada sobre procesos moleculares y fsicos que tienen lugar, esdecir, son puramente fenomenolgicos, ellos son particularmente tiles para predecir la respuesta deun material bajo condiciones de fluencia y relajacin e incluso bajo situaciones de carga mscomplejas. Adems, ellos pueden dar una visin ms clara de la naturaleza general de la respuestaviscoelstica.

3.1.3.1 MODELO DEL MBOLO:

El modelo del mbolo sin rozamiento es el que mejor representa el comportamiento viscoso. Si

hacemos actuar una tensin ( ), entre los instantes to y tl , la deformacin , ( ), variar linealmentecon el tiempo de aplicacin de la tensin:


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Al dejar de actuar la tensin, la deformacin permanece (es irreversible) pues el trabajo suministradopor la fuerza externa no es almacenado por el material sino que se disipa en forma de calor (friccininterna). La deformacin es tanto ms rpida cuanto menor sea la viscosidad del material.El modelo del mbolo sin rozamiento representa fielmente este comportamiento

Figura 9: modelo viscoso: amortiguador

3.1.3.2 MODELO DEL RESORTE:

El slido elstico sigue la ley de Hooke (F= E.d). La deformacin instantnea que se origina al aplicarla carga se debe a alteraciones en la longitud y ngulos de sus enlaces atmicos. El slido almacenaas toda la energa suministrada por las fuerzas externas de modo que al dejar de actuar stas, la

energa almacenada es capaz de restaurar instantneamente la forma original (deformacinreversible).

E= Constante elstica del muelle (Rigidez del muelle).El modelo que ahora se ajusta mejor a este comportamiento es un resorte como el de la figura

Figura 10: modelo elstico: resorte

3.1.3.3. MODELO DE MAXWELL:

La mayor parte de los polmeros exhiben comportamientos conjuntamente elsticos y viscosos (slo

los polmeros vtreos son slidos perfectamente elsticos y los termoplsticos, a alta temperatura,


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muestran un comportamiento nicamente viscoso) que podernos asimilar a la yuxtaposicin de losmodelos descritos anteriormente.

El modelo de Maxwell se forma conectando en serie un mbolo y un resorte. Al aplicar la fuerza F el

resorte se alarga instantneamente la magnitud (F/E)

y el mbolo se mover a la velocidad , mientras se est aplicando la carga (entre to y t1 ). Alcesar la aplicacin de la carga, la componente elstica se recupera de modo instantneo, mientrasque la componente viscosa de la deformacin permanece indefinidamente, La deformacin total est,por consiguiente, distribuida entre los dos elementos, los cuales estn sometidos a la tensin total.As, se puede escribir:

Luego realizando operaciones matemticas obtenemos:

Que es la ecuacin que gobierna el comportamiento del modelo de Maxwell.

El modelo de Maxwell en su forma ms simple lo constituye el arreglo en serie de un resorte simpleconectado con un amortiguador. Este modelo representa materiales (como el asfalto) que alaplicrseles una carga, responden inmediatamente de manera elstica; pero si la carga se mantiene,tienden a comportarse de manera viscosa. El asfalto duro dentro de un barril reacciona elsticamentea cargas reducidas y no prolongadas, como al impacto de una piedra pequea; pero una piedragrande apoyada en su superficie, se va sumergiendo lentamente hasta llegar al fondo.

Figura 11: modelo de Maxwell: en serie3.1.3.4 MODELO DE KELVIN VOIGT.

En este modelo se realiza la conexin en paralelo de un mbolo y un resorte, como se muestra en lafigura 12 . Este modelo se utiliza para representar materiales elsticos y viscosos simultneamente


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Figura 12: Modelo de Kelvin: en paralelo

E l modelo de Ke lv in-Vo ig t es t cons t ru ido por un muel le de mdulo de e ls t i coE y un amor t iguador de cons tante d ispues tos en para le lo , ta l y como apareceesquemat izado en la F igura 12Como los 2e lementos es tn conec tados en para le lo la tens in to ta l ser ia la sumade las tens iones en cada e lemento (muel le mas amor t iguador) , mient ras que lasdeformac iones en ambos e lementos sern las mismas.

Para e l e lemento muel le se cumple que :

Para el elemento muel le se cumple que:

y para el elemento amort iguador:

se obtiene, la siguiente ecuacin di ferencial :

Luego se obtiene f inalmente la ecuacin consti tut iva del modelo de Kelvin-Voigt:

3.1.4 MEDICIN DE LA VISCOELASTICIDAD

Aunque ha y muchos inst rumentos que ponen a prueba la respuesta mecn ica yviscoelstico de los materiales, la espectroscopia viscoelstico de banda ancha y laespectroscopia de resonancia d e ultrasonido son ms comnmente utilizados para probarel comportamiento viscoelstico, ya que pueden ser utilizados por encima y por debajo dela temperatura ambiente y son ms especficos para las pruebas de viscoelasticidad.Estas dos instrumentos utilizan un mecanismo de amortiguacin en varias frecuencias yrangos de tiempo, sin apelar a la superposicin tiempo-temperatura. Uso de BVS y RUSpara estudiar las propiedades mecnicas de los materiales es importante para la

comprensin de cmo una viscoelasticidad exhibir material realizar.


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4 APLICACIN DE LOS FLUIDOS VISCOELASTICOS EN LA INDUSTRIA

4.1 APLICACIN DE FLUIDOS VISCOELASTICOS PARA PROTECCION SISMICA EN

EDIFICACIONESSe describen aqu los sistemas de resorte y amortiguador viscoso para su utilizacin como aisladoresde base en equipos y estructuras civiles.El uso de resortes y amortiguadores para fines de aislamiento de vibraciones es una tcnica quedemor en ser aplicada hasta principios del siglo pasado, El aislamiento activo de vibraciones(entendido como aislamiento de la fuente emisora) se aplic desde entonces a mquinas y equiposen la industria metalmecnica y en centrales elctricas. La rpida difusin a otras reas de aplicacinestuvo relacionada con las ventajas adicionales de esta tcnica, que en principio no fueronconsideradas, como por ejemplo, la reduccin en el costo y la posible renivelacin de la fundacin encaso de asentamientos diferenciales del terreno. El aislamiento pasivo (aislamiento del receptor) esaplicable a mquinas de precisin, equipos y

edificios. En este ltimo caso, las primeras experiencias de edificios sobre sistemas de resortes yamortiguadores datan de la dcada del 90, en su mayora colocados como proteccin contra ruidos yvibraciones generados por trnsito automotor y trenes subterrneos.

4.1.1 DESCRIPCION DE LOS AISLADORES

Los aisladores estn compuestos por cajas de resortes y amortiguadores viscosos provistos en formaseparada. Las cajas de resortes estn formadas por carcasas metlicas que alojan y confinanadecuadamente una cantidad variable de resortes, dispuestos en forma matricial .Placas auxiliarespermiten su fijacin mediante bulones a las vigas del edificio, Los amortiguadores estn formados poruna carcasa inferior que es un recipiente cilndrico relleno de una masa viscosa, mientras que lacarcasa superior contiene un pistn que se mueve dentro de la masa. Ambas carcasas se vinculanmediante un manguito de proteccin, para evitar la contaminacin del amortiguador con polvo, oelementos extraos,

Figura 13: Esquema de un amort iguador viscoso para uso sism ico

La masa viscosa es un producto de formulacin qumica especial, de manera que sus propiedades semantienen prcticamente constantes con el paso del tiempo y con la temperatura.El amortiguador genera una fuerza viscosa, esto es dependiente de la velocidad a travs de unaconstante de amortiguamiento, en las tres direcciones ortogonales. La constante del amortiguador es

funcin de sus dimensiones, detalles de construccin internos, tipo y viscosidad de la masa viscosa.


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Figura 14 :Disposicin de los aisladores en un edificio

Los sistemas de resortes y amortiguadores viscosos son utilizados desde hace dcadas para laproteccin de maquinarias, equipos y construcciones civiles, especialmente diseados para laproteccin tanto de edificios contra vibraciones inducidas por trnsito o puentes con cargas de viento,como tambin de centrales de generacin de energa, estaciones de transformacin y rotativas enreas ssmicas.

4.2 APLICACIN DE LOS VISCOELASTICOS EN LA PLASTILINA

La caracterstica ms sorprendente del juguete es que a la misma temperatura es plstico, elstico yfrgil. Plstico, porque se le puede modelar con las manos fcilmente; es tambin elstico, porquecuando se hace una bola de producto y se lanza al suelo bota notablemente sin deformarse; y frgil,porque cuando se lo somete a un tirn muy brusco se desgarra como si fuera un papel. Inclusocuando se lo golpea bruscamente con un martillo se rompe como si fuera de cermica.

Figura 15: comportamiento elastico Figura 16 : comportamiento plastico

Pues una cosa anloga pasa en fluidos tales como estas plastilinas. Cuando se deja una bola dematerial durante un periodo de tiempo largo, de bastantes minutos, la bola muestra sucomportamiento plstico y se deforma y se va extendiendo sobre la mesa, como muestran las fotos.Pero si la bola se lanza repentinamente al suelo, la fuerza del impacto no tiene tiempo detransmitirse al resto de la masa y deformarla toda, y se manifiesta su comportamiento elstico.


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Figura 17: comportamiento elastoplastico

El mismo fenmeno se da cuando se extiende suavemente el material. Se puede llegar a estirar enhilos finsimos, y fluye por su propio peso cuando el dimetro de la seccin es bastante pequeo.

Pero si se le aplica una fuerza muy repentina y el material no tiene un grueso excesivo, se llega adesgarrar de golpe, como si fuera una goma elstica.

4.3 FRACTURAMIENTO HIDRULICO

El Fracturamiento Hidrulico es una tcnica que permite incrementar el nivel de produccin de unyacimiento; consiste en crear una fractura en la formacin por medio del bombeo de fluidos quetengan propiedades reolgicas bien definidas, con este proceso se logra incrementar la permeabilidadde la zona productora y facilitar el flujo de hidrocarburos. Esta tcnica es utilizada en la industria

desde los aos 50 y segn estadsticas mundiales, es uno de los tratamientos ms usados encampos maduros.

Figura 18: Esquema de la fractura en u na operacin de fractu ramiento hidrulico

Generalmente los yacimientos de baja permeabilidad no fluyen al caoneo, o su produccin es tanbaja que no resultan econmicamente explotables. Este constituye un serio problema a la hora deevaluar la rentabilidad de un pozo o un campo. Por consiguiente se recurren a las tcnicas deestimulacin para eliminar problemas de produccin, donde el fracturamiento hidrulico constituyeuna excelente opcin para la optimizacin de la produccin.

En general el fracturamiento hidrulico se puede utilizar para generar diferentes efectos, pero todoscon la finalidad de mejorar la productividad de los pozos de petrleo, dentro de estos estn:


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Incrementar el rea de flujo de la formacin. Sobrepasar la zona daada. Interconectar yacimientos laminados. Controlar la Produccin de Arena de Formacin y Finos.

Conectar Fracturas Naturales.Al fracturar se rompen las arenas del yacimiento por medio de un fluido de fractura que es inyectandodentro del pozo a cierto caudal. La presin del fluido comienza a crecer hasta que logra romper laroca adyacente. Empieza la propagacin de una fractura dentro de la roca y hay una disminucin dela presin del fluido debido al aumento en el volumen que ocupa, la presin decrece tanto que hay unpunto en el que no se puede abrir ms la roca, se dice entonces que el sistema entra en un equilibrioestacionario. La fractura obtenida produce un camino de alta permeabilidad que logra conectar elpunto de extraccin con zonas alejadas del yacimiento.

4.3.1 COMO SE REALIZA LA OPERACIN DE FRACTURAMIENTO

El aumento en la produccin de un pozo se obtiene por la creacin de una fractura que forme un

canal de flujo a travs de la zona daada o entre mayor sea la fractura, mayor es el aumento deproduccin.

Para crear esta fractura es necesario inyectar un fluido a determinada presin y velocidad que superela capacidad de admisin matricial de la formacin expuesta, se aumente la presin y se genere laruptura de la formacin; si la tasa de bombeo de mantiene superior a la perdida de fluido, la fracturase propaga y crece.

Figu ra 19 : Flujo an tes y d espus del f ractu ram iento hid rulic o

Debido a que la mayor tasa de prdida de fluido de fractura se presenta en las vecindades del pozo,inicialmente es inyectado fluido fracturante que iniciara la fractura en formacin y posteriormente seinyecta el fluido de fractura con material propante que se encarga de mantener abierta la fractura.

Figura 20 : Fluido de fracturam iento mezclado con m aterial propan te


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El diseo del material propante es de suma importancia pues de ello depende obtener una excelenteo deficiente conductividad de los fluidos al interior de la fractura, adems el incremento de laproduccin creado por la fractura depende de las propiedades del propante utilizado y lapermeabilidad de la formacin.

Para concluir los trabajos de fracturamiento hidrulico se bombea un determinado volumen del fluidocon el fin de limpiar el exceso de material propante inyectado anteriormente en el pozo.

4.3.2. DATOS REALES DE FRACTURAMIENTO HIDRULICO CON FLUIDO DE FRACTURA

Los datos mostrados a continuacin corresponden a trabajos de fracturamiento hidrulico efectuadosen un campo productor en la Republica del Ecuador.

Se realiz la estimulacin por fracturamiento hidrulico en el intervalo caoneado 9,612-9,642,9,655-9,658 de la formacin arena UIS de este pozo. El pozo fue perforado teniendo como objetivoprincipal la formacin inferior (9,964-9.978, 9,989-10,001), la cual fue invadida por el agua enMarzo de 1996.

Una arena superior fue inicialmente probada en Marzo de 1996 y previo a la operacin defracturamiento hidrulico el pozo se encontraba cerrado.

Con los valores de ISIP, Presin de cierre en superficie obtenida de la prueba de Minifrac, sedetermin el gradiente de fractura en el intervalo de tratamiento y con ste se ajustaron losesfuerzos o stress de la columna estratigrfica considerada en el diseo preliminar defracturamiento. Finalizado el minifrac, se dise un nuevo programa de bombeo en el que

contemplaba una concentracin de propante, creciente desde 0.5 ppg hasta 8.0 ppg, la etapa de 0.5ppg se consider para reducir o minimizar el efecto de tortuosidad.

Los principales parmetros de tratamiento obtenidos durante la operacin de fracturamiento hidrulicose resumen en la siguiente tabla.

Tabla 2 : Parmetros obtenid os d urante la operacin d e fractur amiento hidrulico


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El fluido de fractura utilizado para el fracturamiento del intervalo en referencia fue

3% NH4Cl + 3% SA + 1.5% K2CO3

Estos valores muestran un excelente resultado de operaciones de fracturamiento hidrulico usando

los fluidos tipo VES en comparacin con los resultados que se podran obtener con otros fluidos enpozos del territorio ecuatoriano.

4.4 COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE LOS POLIMEROS VISCOELASTICOS

La ocurrencia de propiedades viscoelsticas en un material depende en gran medida de lascondiciones medioambientales, particularmente de la temperatura y del tipo de rgimen de cargaaplicado al material. En general, la mayora de los polmeros exhiben un comportamientoviscoelstico a las temperaturas de servicio cuando la carga es aplicada durante un cierto perodo detiempo. Por consiguiente, es importante considerar tales propiedades al disear con estos materiales.En muchos materiales de ingeniera, sin embargo, existe una componente de la deformacin elsticaque depende del tiempo; es decir, la deformacin elstica continua aumentando despus de aplicar lacarga, y al retirarla se requiere que transcurra algn tiempo para que el material se recuperecompletamente. Este comportamiento elstico dependiente del tiempo se denomina anelasticidady escausado por la dependencia del tiempo de los mecanismos microscpicos que tienen lugar cuando elmaterial se deforma. En los metales, la componente anelstica es normalmente pequea y, amenudo, despreciable. Sin embargo, en algunos materiales polimricos su magnitud es importante.En este caso se denomina comportamiento viscoelstico.

En los polmeros el comportamiento viscoelstico dependiente del tiempo se muestra de variasmaneras, sin embargo, hay dos manifestaciones que son particularmente importantes en el diseo.

Estas son:

1.- Fluencia y recuperacin y 2 - La relajacin de tensin.

1.- Fluencia y recuperacin. Complianza de fluencia.

Muchos materiales polimricos experimentan una deformacin que depende del tiempo comorespuesta a la aplicacin de una tensin constante. Esta deformacin se denomina fluenciaviscoelstica. Este tipo de deformacin puede ser significativa a temperatura ambiente y conesfuerzos inferiores al lmite elstico del material. Por ejemplo, los neumticos de un automvilpueden formar partes planas debido al contacto con el suelo cuando el automvil est aparcado

durante mucho tiempo.

2.- Relajacin de tensiones. Mdulo de relajacin viscoelstico.

Mientras que la fluencia incluye el mantenimiento de una carga constante sobre el material y seobserva la deformacin, la relajacin de tensin involucra la aplicacin de una deformacin rpida yleve hasta un nivel predeterminado, que se mantiene constante, observndose como vara con eltiempo la tensin en elMaterial necesaria para mantener la deformacin a temperatura constante. Bajo esas condiciones latensin aumenta instantneamente y luego se relaja lentamente durante un perodo de tiempo hastaalcanzar un estado estacionario, La tensin decrece con el tiempo debido al fenmeno de larelajacin molecular que ocurre dentro del polmero.


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4.5.MATERIAL VISCOELASTICO PARA LA FABRICACION DE COLCHONES

El material viscoelstico se aplica en el sector del descanso recin en los aos 90, e inicialmente su

utilizacin se ha realizado en hospitales. Este material produce un efecto huella de memoria cuandose ejerce presin y transmite calor sobre el mismo, pero recupera su forma original, es por estapropiedad que este material es usado para la elaboracin de colchones. El material viscoelstico seadapta ergonmicamente al cuerpo, reduciendo y aliviando los puntos de presin en toda la superficiede contacto.

La densidad de los colchones viscoelsticos se mide en kg/m3 y puede variar dependiendo de larigidez. Existen diferentes tipos de densidades: baja (18-40 kg/m3), media (45-75 kg/m3) y alta (+ de80 kg/m3).A mayor densidad, mayor rigidez.Una mayor densidad no siempre significa mejores resultados para todas las personas, ya que enmuchos casos depender de las preferencias y necesidades de las personas; Por este motivo es

muy importante tener en cuenta algunos elementos a la hora de elegir el mejor colchn: La edad de las personas que descansarn en el colchn. El peso corporal, complexin fsica y altura de cada uno. Los problemas de salud que puedan afectar o tener relacin con el descanso. Las preferencias a la hora de dormir

Existen 2 tipos de colchones viscoelsticos que se diferencian por la forma en que se fabrican:espumado y moldeado.

El espumado:Es el resultado de una composicin qumica por la mezcla de diferentescomponentes que crean el proceso de esfumacin. Este viscoelstico es conocido como deporo abierto y afecta a la circulacin del aire en el material.

El moldeado:Es aquel en el cual se utiliza un molde en el proceso de fabricacin. Estevicoelstico tiene un poro ms cerrado que el espumado, y consecuentemente una circulacindel aire ms lenta.

Ventajas del material: Elimina los puntos de presin sobre el cuerpo. Termosensible. Disminuye las tensiones musculares y nerviosas optimizando la circulacin sangunea. Indeformable y duradero. Anatmico y ergonmico, con una gran adaptabilidad a las diferentes partes del cuerpo. Higinico y antialrgico.

Desventajas:Es muy probable que algunas personas que sufren vrtigo experimenten una sensacin similarpor el efecto de ingravidez caracterstico de este material. En muchas ocasiones estndesaconsejados, pero existen colchones viscoelsticos que minimizan este efecto envolvente ypueden ser utilizados por estas personas

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4.6.ADHESIVO VISCOELASTICO CON GRAN PODER DE ADHESIN Y REVERSIBLE

Los investigadores de General Motors han creado un adhesivo extremadamente fuerte que sedespega al calentarse. El adhesivo tiene 10 veces ms poder de adhesin que el Velcro y que los

pegamentos reutilizables.Los polmeros en el adhesivo se vinculan entre s en cuestin de minutos al calentarse por primeravez. Por tanto, cuando dos piezas de materiales adhesivos se calientan, se acaban uniendofuertemente. Una vez unidas, hay que aplicar mucha fuerza para hacer que los polmeros se separen,pero se desvinculan fcilmente si se calientan de nuevo. Los investigadores fueron capaces de unir ydesunir los polmeros dos veces antes de que perdieran un tercio de su fuerza adhesiva.El nuevo material est hecho de un polmero con memoria de forma, un plstico de gran dureza quese vuelve goma cuando se calienta por encima de cierta temperatura (68C en este caso).Los investigadores injertan una nica capa de polmero ramificado sobre la superficie del polmerocon memoria de forma. El polmero ramificado contiene molculas que forman fuertes vnculos dehidrgeno entre s.

La fuerza adhesiva del material es de 700 newtons por centmetro cuadrado. Por el contrario, puedesoportar una fuerza de 100 newtons antes de despegarse.El nuevo adhesivo tendra mltiples aplicaciones, entre ellas, para pegar accesorios a los coches deforma fcil o aplicaciones que requieran una unin fuerte pero alterable, como en muebles, juguetes yedificios.

4.7APLICACIONES MDICAS DE POLMEROS VISCOELASTICOS

Se exponen a continuacin las principales aplicaciones mdicas desarrolladas con estos polmeros, ygran potencial en el desarrollo de dispositivos mdicos

Nuevo sistema para tratar las insuficiencias valvulares cardacasUn equipo de investigadores de la Universidad Politcnica de Madrid (UPM), en colaboracin concardiocirujanos del Hospital Central de la Defensa de Madrid, ha desarrollado un nuevo sistema parael tratamiento de insuficiencias valvulares capaz de corregir, por ejemplo, la insuficiencia mitral.La solucin propuesta en este nuevo trabajo se basa en el empleo de un anillo actuador fabricado conmateriales polimricos con memoria de forma, que puede calentarse con ayuda dedispositivosexternos, activando as el denominado efecto memoria de forma. Este efectoproduce el cambiogeomtrico destinado a disminuir la insuficiencia mitral. Para ello, la prtesisdebe disponer deelectrnica de control que reciba las rdenes externas y acte a tal efecto.

La anuloplastia consiste en la introduccin de dicho dispositivo en forma de anillo por va yugular, que

se coloca en el seno coronario y que tras aplicacin de traccin, retraccin o calor disminuye supermetro, logrando la reduccin del anillo mitral y una mejora asociada en el contacto entre velosvalvulares, reducindose tambin el grado de insuficiencia mitral del paciente.

Fig. 21: Prueba in vitro en corazn, activacin del efecto m emoria de form a mediante resistencias de calentam iento.


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Dispositivos liberadores de frmaco.En el caso de emplear polmeros con memoria de forma biodegradables para dispositivos mdicosimplantables, pueden disponerse cmaras de reserva de frmacos en el propio dispositivo. Una vezimplantado, el polmero comienza a ser absorbido por el organismo y el frmaco se libera. Existen

patentes relacionadas con estas ideas, para stents coronarios autoexpansibles.

Suturas inteligentes.Tienen mltiples aplicaciones en ciruga mnimamente invasiva y al ser biodegradables presentanventajas con respecto al empleo de suturas textiles y grapas metlicas. Estas suturas disponen deuna forma temporal lineal y una forma permanente en forma de nudo, siendo la propia temperaturadel cuerpo humano la que activa el cambio de geometra.

5.BIBLIOGRAFIA:

Paginas web:

Materiales viscoelsticos:http://goliat.mecanica.upm.es/moodle/file.php/1/sem_2011-

02-02/Leccion_11A.pdf

Viscoelasticidad aplicada:

http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3624/1/tema3RUA.pdf Estudio de modelos viscoelsticos:

http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/543/517

Dispositivos viscoelsticos:

http://www.gerb.com/es/bibliothek/downloads/dokumente/BIT-10-34.pdf

Reologa:

http://www.efn.unc.edu.ar/departamentos/aero/Asignaturas/MecFluid/material/2_reologi

a.pdf

Materiales viscoelsticos surfactantes:

http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/829/2/137886.pdf

Anaelasticidad y comportamiento viscoelstico:

http://ingenieriademateriales.wordpress.com/2009/04/13/anelasticidad-y-el-

comportamiento-viscoelastico-i/

Viscoelasticidad:http://es.wikipedia.org/wiki/Viscoelasticidad
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viscoelastico final

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