Fluido elástico de viscosidad constante

Los líquidos elásticos de viscosidad constante , también conocidos como fluidos Boger , son fluidos elásticos con viscosidad constante . Esto crea un efecto en el fluido donde fluye como un líquido, pero se comporta como un sólido elástico cuando se estira. La mayoría de los fluidos elásticos exhiben adelgazamiento por cizallamiento (la viscosidad disminuye a medida que se aplica una tensión de cizallamiento), porque son soluciones que contienen polímeros . Pero los fluidos Boger son excepciones ya que son soluciones altamente diluidas, tan diluidas que el adelgazamiento por cizallamiento causado por los polímeros puede ignorarse. Los fluidos Boger se elaboran principalmente agregando una pequeña cantidad de polímero a un fluido newtoniano con una alta viscosidad, una solución típica es poliacrilamida mezclada con jarabe de maíz . Es un compuesto simple de sintetizar pero importante para el estudio de la reología porque los efectos elásticos y los efectos de cizallamiento se pueden distinguir claramente en experimentos con fluidos Boger. Sin fluidos Boger, era difícil determinar si un efecto no newtoniano era causado por elasticidad, adelgazamiento por cizallamiento o ambos; el flujo no newtoniano causado por elasticidad rara vez era identificable. Como los fluidos Boger pueden tener una viscosidad constante, se puede realizar un experimento en el que se pueden comparar los resultados de los caudales de un líquido Boger y un líquido newtoniano con la misma viscosidad, y la diferencia en los caudales mostraría el cambio causado por la elasticidad del líquido Boger. ^[1]

Los fluidos Boger reciben su nombre de David V. Boger , quien a fines de la década de 1970 fue el principal investigador que impulsó el estudio de líquidos elásticos de viscosidad constante. ^[2] Publicó su primer artículo sobre fluidos Boger en 1977, titulado "Un fluido de viscosidad constante altamente elástico", donde describió el fluido ideal para la experimentación como un fluido que es "altamente viscoso y altamente elástico a temperatura ambiente y al mismo tiempo es ópticamente transparente". El objetivo principal del artículo era experimentar con el fluido altamente viscoso y altamente elástico y registrar las propiedades reométricas fundamentales del fluido. Un fluido de este tipo permitiría la experimentación en condiciones no afectadas por la inercia y los efectos de pseudoplástico, y la influencia de la inercia sería fácilmente distinguible. ^[3]

Comenzó su investigación utilizando jarabes de maltosa (jarabes de maíz) mezclados con una pequeña cantidad de agua. Luego probó la tensión de corte versus la velocidad de corte de la solución para demostrar que la solución era un fluido newtoniano. Esto se hizo utilizando un reogoniómetro Weissenberg R16 ^[4] (un reogoniómetro calibrado para medir específicamente el comportamiento de una solución de polímero viscoelástico ) para las tasas de tensión de corte de rango bajo, y las tasas altas se midieron utilizando un reómetro capilar, un dispositivo utilizado para medir las tasas de tensión de corte bajo alta tensión. Los datos demostraron que había una relación lineal entre la tensión de corte y la velocidad de corte con una pendiente muy cercana a uno, lo que significa que el jarabe de maltosa era de hecho un fluido newtoniano. Una vez que se agregó 0,08% del polímero poliacrilamida, las propiedades de flujo cambiaron drásticamente. Se introdujeron propiedades elásticas en el fluido mientras que solo se observó una ligera cantidad de adelgazamiento por corte, lo suficientemente pequeña como para ignorarla. La solución de jarabe tenía propiedades muy similares a las de un polímero fundido, pero no había dilución por cizallamiento y los materiales podían producirse a temperatura ambiente.

El fluido Boger original era una solución acuosa , como lo eran todas las soluciones sintetizadas hasta 1983, cuando se produjeron fluidos Boger orgánicos utilizando una solución diluida de poliisobutileno (PIB) en una mezcla de polibuteno (PB) con una pequeña cantidad de aceite de queroseno añadido. A partir de entonces, la mayoría de los fluidos Boger han sido soluciones PIB - PB. Otras recetas incluyen:

• poliestireno en glicol oligomérico (Solomon y Muller 1996)
• óxido de polietileno en polietilenglicol (Dontula et al. 2004)
• poliestireno en ftalato de dioctilo (Odell y Carrington 2006)

La mejor aplicación hasta ahora de los fluidos Boger es resolver el problema de la eliminación de los desechos producidos en el procesamiento de la bauxita para obtener alúmina para su uso en la producción de aluminio , y normalmente se produce dos o tres veces más " lodo rojo " que alúmina. Normalmente, los desechos, conocidos como "lodo rojo", se eliminaban vertiéndolos por presas con millones de litros de agua. Las presas siguen reteniendo el "lodo rojo", porque no funciona como cimiento de un edificio y tampoco se puede utilizar como tierra de cultivo. Las empresas necesitaban encontrar una forma de eliminarlo de manera eficiente en las presas sin obstruir los tubos por los que se estaba transfiriendo. Con el desarrollo de los fluidos Boger, el gigante del aluminio Alcoa desarrolló una forma de convertir los desechos en una materia espesa que aún podía fluir por las tuberías. Usando este método, se eliminaron los peligros de que las tuberías estallaran, lo que llevó a una práctica más sostenible. ^[5]