Guía docente de Fluidos Nanoestructurados. Propiedades Reológicas (M44/56/2/15)

Curso 2023/2024
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 18/07/2023

Máster

Máster Universitario en Física: Radiaciones, Nanotecnología, Partículas y Astrofísica

Módulo

Nanotecnología: Física y Aplicaciones

Rama

Ciencias

Centro Responsable del título

Escuela Internacional de Posgrado

Semestre

Segundo

Créditos

6

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Guillermo Ramón Iglesias Salto
  • Modesto Torcuato López López
  • Juan De Vicente Álvarez-Manzaneda

Horario de Tutorías

Guillermo Ramón Iglesias Salto

Email
  • Tutorías 1º semestre
    • Martes 11:30 a 14:30 (Dpcho.9- Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 11:30 a 14:30 (Dpcho.9- Dpto. Física Aplicada)
  • Tutorías 2º semestre
    • Martes 11:30 a 14:30 (Dpcho.9- Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 11:30 a 14:30 (Dpcho.9- Dpto. Física Aplicada)

Modesto Torcuato López López

Email
  • Tutorías 1º semestre
    • Miércoles 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Viernes 9:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
  • Tutorías 2º semestre
    • Lunes 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 12:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)
    • Viernes 9:30 a 13:30 (Dpcho.7- Dpto. Física Aplicada)

Juan De Vicente Álvarez-Manzaneda

Email
  • Tutorías 1º semestre
    • Miércoles 9:00 a 13:00 (Dpcho11-Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 9:00 a 11:00 (Dpcho11-Dpto. Física Aplicada)
  • Tutorías 2º semestre
    • Miércoles 9:00 a 13:00 (Dpcho11-Dpto. Física Aplicada)
    • Jueves 9:00 a 11:00 (Dpcho11-Dpto. Física Aplicada)

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

Propiedades mecánicas de los materiales a escala nanométrica.
Nanoestructuras. Tipos de sistemas (partículas, hilos, tubos, superficies) que pueden presentar dimensiones nanométricas.
Viscoelasticidad de nanofluidos.
Métodos experimentales: reología de fluidos complejos.
Aplicaciones biotecnológicas de diversos nanosistemas.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

El alumnado no requiere de otros requisitos que los propios de acceso al Máster.

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales

  • CG03. Capacidad de trabajo en equipo. El estudiante deberá integrar su trabajo en el interés de un proyecto común. 
  • CG04. Capacidad de expresar y defender en público los resultados y conclusiones obtenidos como resultado del proceso de aprendizaje. Deberá desarrollar y dominar las técnicas de comunicación oral ante cualquier auditorio. Aprender a utilizar sus potencialidades personales para presentar resultados públicamente. Adquisición del convencimiento de que su conocimiento del trabajo realizado le convierte de inmediato en foco de interés y atención. 
  • CG05. Capacidad de generación de propuestas innovadoras y competitivas en la investigación y en la actividad profesional. 

Competencias Específicas

  • CE01. Capacidad de interpretar datos procedentes de la observación experimental o la simulación numérica. 
  • CE02. Capacidad de considerar rigurosamente las limitaciones e incertidumbres en los resultados y de los métodos que pueden aplicarse para minimizarlas. 
  • CE03. Capacidad de profundizar en los distintos campos de la Física y de identificar los aspectos que se encuentran en los límites del conocimiento. 
  • CE04. Capacidad de formular hipótesis, idear experimentos, manejar métodos de cálculo y simulación numérica y desarrollar modelos. 

Competencias Transversales

  • CT01. Capacidad de razonamiento crítico: el estudiante debe ser capaz de distinguir aquellos aspectos de su trabajo o del de otros que suponen innovación y avance. 
  • CT02. Compromiso ético. Tanto en su etapa de alumno como posteriormente en su trabajo profesional, el estudiante debe ser consciente de la absoluta necesidad de realizar sus tareas con absoluto respeto a la honradez, la verdad y el servicio a la sociedad. 
  • CT03. Capacidad de automotivación. Forma parte de la madurez que debe alcanzarse en el proceso formativo a estos niveles: las dificultades han de enfrentarse con decisión y confianza. 
  • CT04. Capacidad de reconocimiento de la diversidad y multiculturalidad. Forma parte de la actitud vital que se supone al graduado: su conciencia social ha de guiar aquellos aspectos de su profesión que involucren a otros miembros de la comunidad. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

  • Comprender el significado físico de las magnitudes que describen la deformación y flujo de materiales bajo la acción de esfuerzos mecánicos.
  • Describir fenomenológicamente el flujo de líquidos no-newtonianos y conocer las ecuaciones constitutivas que describen su comportamiento.
  • Describir fenomenológicamente la deformación y flujo de materiales viscoelásticos y las ecuaciones constitutivas y modelos que describen su comportamiento.
  • Preparación de fluidos nanoestructurados.
  • Medir la viscosidad de fluidos utilizando viscosímetros rotacionales.
  • Medir los módulos mecánicos que describen el comportamiento de materiales viscoelásticos.
  • Reconocer fenómenos de deformación/flujo no-lineales de interés tecnológico.
  • Relacionar el comportamiento de materiales viscoelásticos con la estructura microscópica de fluidos o sólidos complejos.
  • Aplicar lo anterior a suspensiones, emulsiones y polímeros de interés industrial y biomédico.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

TEMARIO TEÓRICO:

 

I) ECUACIONES CONSTITUTIVAS DE FLUIDOS NEWTONIANOS Y SÓLIDOS ELÁSTICOS

 

Bases físicas de los fluidos. Descripción Lagrangiana y Euleriana. Modelo de fluido ideal. Ecuaciones de Euler y de Lamb-Gromeka. Modelo de fluido lineal viscoso. Primero y segundo coeficiente de viscosidad. Ecuaciones de Navier-Stokes.

 

II) VISCOELASTICIDAD. MÉTODOS EXPERIMENTALES EN REOLOGÍA

 

LÍQUIDOS NO-NEWTONIANOS. Líquidos no-newtonianos con propiedades independientes del tiempo. Líquidos no-newtonianos con propiedades dependientes del tiempo: Tixotropía y reopexia. Métodos experimentales: Viscosimetría.

 

VISCOELASTICIDAD LINEAL. Ecuación constitutiva general. Módulos viscoelásticos. Modelos viscoelásticos: Modelos de Kelvin-Voigt y de Maxwell generalizados. Materiales viscoelásticos lineales en régimen oscilatorio. Métodos experimentales.

 

TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN REOLOGÍA. Medidas en estado estacionario (viscosimetría). Medidas transitorias (fluencia-recuperación y ensayos de relajación). Medidas dinámicas (oscilometría).

 

 

III) REOLOGÍA DE FLUIDOS COMPLEJOS

 

Coloides y suspensiones. Efectos hidrodinámicos y esferas duras. Fluidos complejos estables (repulsivos) e inestables (atractivos). Tixotropía y esfuerzo umbral. Espesamiento y dilatancia. Reometría de suspensiones. Modelización estructural. Simulaciones a nivel de partícula. Reología interfacial. Fluidos complejos avanzados (partículas no esféricas; medios viscoelásticos; ferrofluídica; electro- y magneto-reología). Técnicas avanzadas (flujos confinados no convencionales, tribo-reología y microrreología).

 

IV) REOLOGÍA DE MATERIALES BIOLÓGICOS COMPUESTOS

 

Líquidos y geles poliméricos. Biopolímeros. Tejidos biológicos. Efecto de incrustaciones en matrices poliméricas. Técnicas experimentales.

Práctico

Trabajos monográficos:

  • Simulación computacional en fluidos complejos.
  • Reología de emulsiones, suspensiones, y líquidos y geles poliméricos.
  • Reología de productos farmacéuticos y cosméticos: cremas, pomadas, geles.
  • Reología de asfaltos, aceites, grasas, lubricantes multigrado.
  • Reología de derivados de la industria química: pinturas, tinta, papel, cerámicas, detergentes líquidos.
  • Fluidos electrorreológicos y magnetorreológicos.
  • Reología de biopolímeros.

Prácticas de laboratorio:

En cada trabajo monográfico se podrán realizar medidas con un reómetro de las propiedades del material elegido:

• Medidas en estado estacionario: viscosidad, esfuerzo umbral.

• Medidas bajo esfuerzo de cizalla oscilante: módulos viscoelásticos.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

  • Barnes, H. A., J. F. Hutton, K. Walters. An Introduction to Rheology. Elsevier. Amsterdam. 1989.
  • Kundu, P. K., I. M. Cohen. Fluid Mechanics. Elsevier. Amsterdam. 2008.
  • Lakes, R. Viscoelastic Materials. Cambridge University Press. 2009.
  • Larson, R. G. The Structure and Rheology of Complex Fluids. Oxford University Press. Nueva York. 1999.
  • Macosko, C. W. Rheology. Principles, Measurements, and Applications. VCH. Nueva York. 1994.

Bibliografía complementaria

  • Christensen, R. M. Mechanics of Composite Materials: Krieger Publishing Company. 1991.
  • Huilgol, R. R., N. Phan-Thien. Fluid Mechanics of Viscoelasticity. Elsevier. Amsterdam. 1997.
  • Hunter, R. J. Foundations of Colloid Science. Clarendon Press. Oxford. 1987.
  • Owens, R., T. N. Phillips. Computational Rheology. Imperial College Press. Londres. 2002.
  • Schramm, G. A Practical Approach to Rheology and Rheometry. Gebrüder Haake GmbH. Kalsruhe. 1994.
  • Steffe, J. F. Rheological methods in food process engineering. Freeman Press. East Lansing, MI (USA). 1996.

Enlaces recomendados

Metodología docente

  • MD01 Lección magistral (Clases teóricas-expositivas). Para transmitir los contenidos de las materias del módulo motivando al alumnado a la reflexión, facilitándole el descubrimiento de las relaciones entre diversos conceptos y formándole una mentalidad crítica. 
  • MD02 Actividades prácticas (Clases prácticas). Para desarrollar en el alumnado las habilidades instrumentales de la materia. 
  • MD03 Seminarios. Para desarrollar en el alumnado las competencias cognitivas y procedimentales de la materia. 
  • MD04 Tutorías académicas: Para orientar al trabajo autónomo y grupal del alumnado, profundizar en distintos aspectos de la materia y orientar la formación académica integral del estudiante. 
  • MD05 Estudio y trabajo autónomo del alumnado. Para favorecer en el estudiante la capacidad para autorregular su aprendizaje, planificándolo, diseñándolo, evaluándolo y adecuándolo a sus especiales condiciones e intereses. 
  • MD06 Estudio y trabajo en grupo. Para favorecer en los estudiantes la generación e intercambio de ideas, la identificación y análisis de diferentes puntos de vista sobre una temática, la generalización o transferencia de conocimiento y la valoración crítica del mismo. 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

El artículo 17 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

La evaluación continua se realizará mediante: i) ejercicios y actividades en clase; ii) prácticas de laboratorio y entrega del correspondiente informe; iii) presentación oral y escrita de un trabajo monográfico final de la asignatura propuesto y supervisado por los profesores.

La calificación final responderá al siguiente baremo:

* Ejercicios y actividades en clase: 20 %.

* Prácticas de laboratorio: 30 %.

* Trabajo monográfico: 50 %.

Evaluación Extraordinaria

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

Examen teórico-práctico y/o trabajo monográfico: 100 %.

Evaluación única final

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La evaluación en tal caso consistirá en:

Examen teórico-práctico y/o trabajo monográfico: 100 %

Información adicional