Reómetro acústico

Un reómetro acústico es un dispositivo que se utiliza para medir las propiedades reológicas de los fluidos , como la viscosidad y la elasticidad, mediante el uso de ondas sonoras . Funciona generando ondas acústicas en el fluido y analizando los cambios en la propagación de las ondas causados ​​por el comportamiento reológico del fluido. Un reómetro acústico utiliza un cristal piezoeléctrico para generar las ondas acústicas, aplicando una tensión extensional oscilante al sistema. La respuesta del sistema se puede interpretar en términos de reología extensional .

Esta interpretación se basa en un vínculo entre la reología de cizallamiento , la reología extensional y la acústica . La relación entre estas disciplinas científicas fue descrita en detalle por Litovitz y Davis en 1964. ^[1]

Es bien sabido que las propiedades del fluido viscoelástico se caracterizan en la reología de corte con un módulo de corte G , que vincula la tensión de corte T _ij y la deformación de corte S _ij

${\displaystyle {T_{ij}=G\cdot S_{ij}}}$

Existe una relación lineal similar en la reología extensional entre la tensión extensional P , la deformación extensional S y el módulo extensional K :

${\displaystyle {P=-K\cdot S}}$

El análisis teórico detallado indica que la propagación del sonido o ultrasonido a través de un fluido viscoelástico depende tanto del módulo de corte G como del módulo de extensión K. ^{[2] [3]} Es conveniente introducir un módulo longitudinal combinado M :

${\displaystyle M=M'+M''=K+{\frac {4}{3}}G}$

Existen ecuaciones simples que expresan el módulo longitudinal en términos de propiedades acústicas, velocidad del sonido V y atenuación α

${\displaystyle M'=\rho \cdot V^{2}}$

${\displaystyle M''={\frac {2\rho \alpha V^{3}}{\omega }}}$

El reómetro acústico mide la velocidad del sonido y la atenuación de los ultrasonidos para un conjunto de frecuencias en el rango de los megahercios . Estos parámetros medibles se pueden convertir en componentes reales e imaginarios del módulo longitudinal .

La velocidad del sonido determina M', que es una medida de la elasticidad del sistema . Puede convertirse en compresibilidad del fluido .

La atenuación determina M", que es una medida de las propiedades viscosas, la disipación de energía . Este parámetro puede considerarse como viscosidad extensional.

En el caso de un líquido newtoniano, la atenuación proporciona información sobre la viscosidad volumétrica . La ley de Stokes (atenuación del sonido) proporciona una relación entre la atenuación , la viscosidad dinámica y la viscosidad volumétrica del fluido newtoniano.

Este tipo de reómetro trabaja a frecuencias mucho más altas que otros. Es adecuado para estudiar efectos con tiempos de relajación mucho más cortos que cualquier otro reómetro.

Referencias

1. Litovitz, TA y Davis, CM En "Acústica física", Ed. WPMason, vol. 2, capítulo 5, Academic Press , NY, (1964)
2. Morse, PM e Ingard, KU "Acústica teórica", Princeton University Press (1986)
3. Dukhin, AS y Goetz, PJ "Caracterización de líquidos, nano y micropartículas y cuerpos porosos mediante ultrasonidos", Elsevier, 2017 ISBN  978-0-444-63908-0

Véase también

• Reología