Reologia

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MECCANICA CLASSICA
Meccanica del continuo

La reologia (dal inglese rheology[1], composizone dal greco antico ῥέω, reo, ossia scorrere[2], e -λογία, -logìa, ossia discorso, espressione, teoria[3]) è la scienza che studia gli equilibri raggiunti nella materia deformata per effetto di sollecitazioni. Costituisce un punto di incontro interdisciplinare per una varietà di discipline scientifiche: biologia, chimica, fisica, matematica, ingegneria e geologia.

Vi sono diversi materiali coinvolti nello studio reologico: farmaceutici, alimentari, materie plastiche, gomme, ceramiche (Reologia della ceramica).

Tutti questi materiali non sono completamente omogenei, ma mostrano un comportamento irregolare, che, se non completamente analizzato, può portare, durante il processo di lavorazione, a comportamenti inaspettati.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

Nel 1678 viene definita la legge di Hooke che lega lo sforzo σ alla deformazione ε nel caso di materiali elastici:[4]

σ = E·ε

in cui E è detto modulo di Young.

Nel 1687 viene formulata la legge di Newton sulla viscosità, secondo la quale la velocità di deformazione è direttamente proporzionale allo sforzo attraverso la viscosità (che per i materiali newtoniani è costante al variare della velocità di deformazione).[4]

Nel 1868 viene introdotto il concetto di viscoelasticità da James Clerk Maxwell.[5]

Nel 1878 Ludwig Boltzmann verifica il principio di sovrapposizione degli effetti per le sollecitazioni applicate ad un corpo sotto sforzo.[5]

Intorno al 1905 Frederick Thomas Trouton definisce la relazione che lega la viscosità elongazionale ηel alla viscosità di taglio η:[5]

ηel = 3η

Nel 1928 Eugene C. Bingham utilizza per la prima volta il termine "reologia".[6]

Il 29 aprile 1929 viene fondata a Columbus (Ohio) la Società di reologia da un gruppo di scienziati (tra cui Eugene C. Bingham, Wolfgang Ostwald, Ludwig Prandtl e Markus Reiner).[4]

Nel 1964 viene definito il numero di Deborah, che fornisce le basi teoriche per un'interpretazione precisa del significato di liquido e solido.[4]

Comportamenti reologici[modifica | modifica sorgente]

Fluido newtoniano[modifica | modifica sorgente]

Un fluido si definisce newtoniano quando la velocità di flusso aumenta linearmente con l'aumentare dello sforzo applicato. In questo caso la viscosità è costante e dipende solo da pressione e temperatura:

σ = ∂γ/∂t · η

dove:

  • σ è lo sforzo applicato (espresso in Pa);
  • η è la viscosità (espressa in Pa·s);
  • γ è la deformazione (%);
  • ∂γ/∂t è la velocità di deformazione (s-1).

Fluido plastico o di Bingham[modifica | modifica sorgente]

I fluidi che presentano comportamento di tipo plastico iniziano a scorrere solo dopo che la forza di taglio ha superato un certo valore soglia, σ0, che prende il nome di "limite di scorrimento". Superato questo valore, il fluido si comporta come Newtoniano. L'equazione che rappresenta questo comportamento è l'equazione di Bingham:

σ = ∂γ/∂t • η + σ0

Fluido pseudoplastico[modifica | modifica sorgente]

Si definisce pseudoplastico un fluido il cui scorrimento inizia anche per azione di forze modeste, e la velocità di flusso aumenta con l'aumentare dello sforzo applicato. A differenza dei fluidi Newtoniani, il reogramma ha un andamento curvilineo e quindi non è possibile esprimere con un unico valore il coefficiente di viscosità del fluido. La viscosità di un sistema pseudoplastico diminuisce via via che aumenta la velocità di taglio.

Fluido dilatante[modifica | modifica sorgente]

Si definisce dilatante un fluido il cui lo scorrimento inizia anche per azione di forze modeste e la velocità di flusso diminuisce con l'aumentare della forza applicata. Il flusso dilatante è caratteristico delle sospensioni molto concentrate (oltre il 50% in peso) di particelle solide sufficientemente piccole e non flocculate. Le particelle, allo stato di quiete sono impacchettate in misura tale da ridurre al minimo gli spazi interparticellari e la quantità di liquido trattenuta in questi spazi è appena sufficiente ad assicurare una lubrificazione che permette, a bassa velocità di taglio, un certo scorrimento. Quando il sistema viene agitato rapidamente, diventa più viscoso in quanto il moto delle particelle determina un aumento di volume del sistema, per cui la limitata quantità di veicolo liquido non essendo sufficiente a riempire gli spazi vuoti non può più assicurare la lubrificazione necessaria a ridurre l'attrito fra particelle (responsabile dell'aumento di viscosità).

Limite di scorrimento[modifica | modifica sorgente]

Il limite di scorrimento è il minimo sforzo necessario per far scorrere un fluido. Si può ricavare per modellazione dalla curva di flusso a shear controllato (limite di scorrimento dinamico) oppure con misure dirette a sforzo controllato (curva di flusso a sforzo controllato e prove di rilassamento).

Tissotropia[modifica | modifica sorgente]

La tissotropia indica una trasformazione gel/sol/gel reversibile ed isoterma, di un sistema colloidale, provocata da sollecitazioni meccaniche come il mescolamento e successivo riposo. Un sistema è tissotropico o reopessico quando la sua viscosità varia con il tempo.
Il comportamento tissotropico è reversibile in quanto se il sistema viene lasciato in stato di quiete per un tempo sufficiente, il fenomeno sopra descritto si ripresenta. La reversibilità del comportamento tissotropico discende dalla reversibilità dei processi di distruzione e ricostruzione della struttura del materiale:

  • sostanze tissotropiche: reversibilmente diventano più fluide con l'aumento del tempo di flusso;
  • sostanze reopressiche: reversibilmente diventano meno fluide con l'aumento del tempo di flusso.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Reologia in Treccani.it - Vocabolario Treccani on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 15 marzo 2011. URL consultato il 5 giugno 2014.
  2. ^ Reo- in Treccani.it - Vocabolario Treccani on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 15 marzo 2011. URL consultato il 5 giugno 2014.
  3. ^ -Logia in Treccani.it - Vocabolario Treccani on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 15 marzo 2011. URL consultato il 5 giugno 2014.
  4. ^ a b c d http://www.treccani.it/export/sites/default/Portale/sito/altre_aree/scienze_della_terra/enciclopedia/italiano_vol_5/249_262__x4_3_Reologia_x_ita.pdf
  5. ^ a b c http://www.dipic.unipd.it/faculty/canu/files/Seminari%20di%20Reologia/2%20introduzione%20alla%20reologia.pdf
  6. ^ http://www.tesionline.it/__PDF/25258/25258p.pdf

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • (EN) Warren McCabe, Julian Smith, Peter Harriott, Unit Operations In Chemical Engineering, 6ª ed., Tata Mcgraw Hill Publishers, 2005, pp.46-51, ISBN 0-07-060082-1.

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]