Reseña

El estudio de la transferencia de momentum y la reología de fluidos complejos es uno de los tópicos más importantes en la enseñanza de la ingeniería química y en la industria ya que precisan la aplicación de estas dos disciplinas de manera simultánea. Los avances tecnológicos en la computación y en la matemática aplicada han permitido la intersección de estas dos grandes ramas del conocimiento.
En esta obra se plantean distintas situaciones de flujo de un sistema micelar de tipo gusano que, por su composición química y estructura molecular, exhibe un comportamiento reológico complejo. Los parámetros reológicos de este tipo de sistemas ya se han reportado en la literatura científica, dichos parámetros son alimentados a las simulaciones computacionales en las que la transferencia de momentum y la Reología convergen. La unión de estas dos ramas del saber se da, desde el punto de vista matemático, por medio del tensor de esfuerzos viscoelástico, presente tanto en la transferencia de momentum como en la ecuación constitutiva reológica. La ecuación reológica que se usó en esta obra, para describir las distintas situaciones de flujo, acopla el un comportamiento viscoelástico no lineal de los materiales con una cinética de estructuración de primer orden basada en un balance población logístico; esta ecuación fue ideada por tres reólogos mexicanos: el Dr. Fernando Bautista Rico, el Dr. Octavio Manero Brito y el Dr. Jorge Emilio Puig Arévalo (modelo BMP).
Los flujos que se estudian son controlados, es decir, tanto la dirección de la velocidad del flujo como los parámetros geométricos del sistema están establecidos y son sencillos. El primero de ellos es el flujo cortante simple el cual se genera cuando un fluido es colocado entre dos placas cuya distancia de separación es H. Una placa es móvil y transmite el movimiento a las otras capas de fluido para llevar a cabo la transferencia de momentum. El parámetro más usado en este tipo de prueba es la viscosidad cortante.
El segundo tipo de flujo que se estudia es el oscilatorio de baja amplitud. Este sistema es de los más interesantes debido a que separa la contribución viscosa y elástica del tensor de esfuerzos viscoelástico. El fluido es colocado entre dos platos, el plato superior rota en ambos sentidos (levógiro y dextrógiro) con una cierta frecuencia y una deformación lo suficientemente baja para considerarse dentro de la región viscoelástica lineal.
El tercer tipo de flujo es el extensional. Este tipo de flujo se presenta en sistemas en donde hay un cambio en la geometría, por ejemplo, en una contracción o en una expansión. El flujo extensional puro está presente en la industria del petróleo, en el flujo a través de medios porosos, en el diseño de recubrimientos de pinturas, en la ciencia de polímeros, en la fabricación de hilados biológicos y en la bioingeniería del tejido humano y, en particular, en la formación de películas de colágeno en un sustrato. El parámetro más común de este tipo de flujo es la viscosidad extensional; de hecho, esta última está relacionada con la viscosidad cortante por medio de la regla de Trouton.
Es conveniente recordar que en situaciones de flujo no controladas existe una combinación de los tres flujos anteriores y puede dominar uno u otro dependiendo del tipo de proceso: flujo sanguíneo, procesamiento de polímeros fundidos, extracción de petróleo, solo por mencionar algunos casos.
Adicionalmente, se estudia el flujo de Poiseuille a gradiente de presión constante (flujo no-homogéneo) en una tubería. El flujo de Poiseuille es utilizado para la descripción del transporte de líquidos en tuberías (flujo de fluidos); en este sentido, la presente obra muestra la metodología para la descripción de flujo de fluidos reológicamente complejos a través de tuberías.
Finalmente, las simulaciones computacionales permitieron observar el efecto de la variación de los parámetros reológicos en las propiedades del proceso tales como el perfil de velocidades, el flujo volumétrico, la función fluidez aparente y el factor de fricción, para clasificar su respuesta en términos de mecanismos reológicos como lo son: adelgazamiento/engrosamiento, tixotropía/reopéctia, cedencia y viscoelasticidad