13-04-2023 | Publicado por Joaquín Martí
¿En qué se parecen el hielo de glaciar, la sal y los metales cerca del punto de fusión? Pues en que tienen un comportamiento análogo: aparte del valor numérico de los parámetros, todos esos materiales comparten la misma ley constitutiva, que viene a ser que su velocidad de deformación es proporcional a una potencia de la tensión. Y no son los únicos, hay muchos polímeros, así como el manto superior de la Tierra que también lo hacen.
Las leyes viscoplásticas, debido a la frecuencia con que se dan los materiales que las satisfacen, se encuentran entre los modelos constitutivos más utilizados, aparte por supuesto de la elasticidad lineal. Y por tanto todos los consultores en mecánica aplicada probablemente se han visto obligados a utilizarlas a menudo. Principia, desde luego, se encuentra entre ellos.
Los mecanismos que dan origen a este tipo de comportamiento en sólidos son generalmente la migración de dislocaciones, huecos o defectos, mecanismos que se ven fuertemente afectados por la temperatura. En consecuencia, los problemas mecánicos que se plantean tienden a ser no lineales, dependientes del tiempo y, como mínimo, débilmente acoplados al problema térmico asociado. Estas características realzan su interés desde el punto de vista numérico.
Hemos estado involucrados en muchos ejercicios de este tipo, empezando hace muchos años con la extrusión de aleaciones de aluminio; por entonces también teníamos que desarrollar el software empleado en los análisis, que para este cometido requiere el acoplamiento térmico completo. Por suerte, Abaqus ya no tardó en llegar y eso nos permitió concentrarnos en los aspectos ingenieriles de los proyectos y despreocuparnos del desarrollo del software. En esa misma línea, pero mucho más recientemente, hemos llevado a cabo varias investigaciones sobre la extrusión de fibra óptica para diversas aplicaciones.
Los materiales como la sal y la potasa también muestran un comportamiento viscoplástico. Y han constituido la motivación de muchos proyectos nuestros, con distintas orientaciones. Por ejemplo, como peritos en las actuaciones judiciales, llevamos a cabo investigaciones exhaustivas sobre un accidente que tuvo lugar en una mina de potasa en Canadá. O estudiamos la viabilidad de formaciones salinas para albergar un almacenamiento subterráneo de residuos radiactivos de alta actividad. O investigamos la viabilidad de minería de sal por disolución. Y por supuesto hemos dado apoyo a la explotación de varias minas de sal. Incluso hemos analizado el comportamiento de sales fundidas para almacenamiento de energía en plantas termosolares.
Los modelos viscoplásticos no se restringen a materiales con apariencia sólida. Por ejemplo, los hemos empleado al analizar el elemento mezclador de los varios flujos involucrados en la fabricación de botellas de plástico. También los utilizamos extensamente para simular el comportamiento del crudo del infausto petrolero Prestige: su extracción a través de orificios en la cubierta, la efectividad de lanzaderas flexibles y rígidas para transportarlo a la superficie, la posible operación de una marquesina y de tuberías para transferirlo, etc.
En dos palabras, las descripciones viscoplásticas son inevitables a la hora de representar el comportamiento mecánico de muchos materiales y, si no existieran, no tendríamos más remedio que inventarlas.
