¿Qué es un Analizador Mecánico Dinámico (DMA)?
Un analizador mecánico dinámico (DMA) es un instrumento de medición utilizado para evaluar las propiedades viscoelásticas de una muestra. Se utilizan dos métodos principales para medir estas propiedades. El primero implica la evaluación de la Análisis Mecánico Dinámico (AMD) de materiales sólidos, como metales. El segundo se realiza mediante un dispositivo llamado reómetro, que evalúa la viscoelasticidad de materiales con comportamiento parecido al de los fluidos, como sustancias pastosas.
Usos de los Analizadores Mecánicos Dinámicos (DMA)
La medición de la viscoelasticidad denominada DMA se utiliza principalmente para productos plásticos. Aparte de los productos plásticos, los reómetros también se utilizan en aplicaciones alimentarias para determinar la textura y el tacto.
Otro instrumento de medición reológica es el reómetro. Los reómetros se utilizan para caracterizar pinturas y revestimientos, para evaluar productos como el chocolate, el ketchup y el yogur en la alimentación, y para evaluar polímeros, productos petroquímicos, adhesivos y productos médicos y cosméticos. La selección de equipos para la fabricación de estos productos también requiere la evaluación con un analizador mecánico dinámico (DMA).
Principio de los Analizadores Mecánicos Dinámicos (DMA)
El principio de la medición de la viscoelasticidad consiste en aplicar una fuerza externa al objeto evaluado y registrar el fenómeno. La viscoelasticidad no es una propiedad física que exista de forma aislada, sino que es una mezcla de viscosidad y elasticidad. Por lo tanto, aquí se introducen la viscosidad y la elasticidad.
1. Viscosidad
La viscoelasticidad es una propiedad de un objeto que provoca una deformación cuando se le aplica una fuerza externa, y la deformación no desaparece cuando se retira la fuerza externa. La energía aplicada no permanece en el objeto, sino que se convierte en energía térmica y se libera. Por lo tanto, la deformación permanece y la forma no vuelve a ser la que era antes de aplicar la fuerza externa.
2. Elasticidad
Es la propiedad por la cual la deformación generada cuando se aplica una fuerza externa a un objeto desaparece cuando se retira la fuerza externa. La energía añadida se almacena en el interior del objeto y, por tanto, vuelve a su estado original cuando se retira la fuerza externa.
Cuando se retira una fuerza externa aplicada, un cuerpo elástico vuelve inmediatamente a su estado original, un cuerpo viscoso no vuelve a su estado original y un cuerpo viscoelástico no vuelve completamente a su estado original, pero muestra un intento gradual de hacerlo.
En términos de energía cuando se aplica una fuerza externa, un cuerpo elástico es aquel en el que toda la energía se almacena dentro del objeto, un cuerpo viscoso es aquel en el que la energía se disipa y se libera en forma de calor, etc., y un cuerpo viscoelástico es aquel en el que la energía se asigna tanto al almacenamiento como a la disipación/liberación.
Tipos de Analizadores Mecánicos Dinámicos (DMA)
Existen dos tipos principales de aparatos para medir la viscoelasticidad
DMA
El DMA es un instrumento para medir las propiedades mecánicas dinámicas. La viscosidad y la elasticidad son indicadores importantes, por ejemplo, para comprender las propiedades físicas de los materiales poliméricos. En el proceso de moldeo de polímeros, el producto moldeado se contrae y se expande durante la inyección. Este fenómeno también se debe a la viscoelasticidad, y ésta debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar el proceso de moldeo. Se utilizan principalmente equipos capaces de medir el DMA. Las fuerzas externas aplicadas pueden ser de tracción, compresión, flexión en voladizo, flexión en tres puntos libremente apoyada y cizalladura.
Reómetros
Los reómetros se utilizan para medir las propiedades de viscosidad en las industrias alimentaria, farmacéutica y de productos cosméticos. En el caso de los productos alimentarios, es importante evaluar cuantitativamente las propiedades sensoriales humanas, como la sensación en la lengua, la textura, la mordida, la sensación de fusión en la boca y la sensación en la garganta. Dado que estas evaluaciones sensoriales varían de una persona a otra, la evaluación numérica es esencial para garantizar una calidad uniforme.
Los viscosímetros son similares a los reómetros. Los viscosímetros evalúan las propiedades físicas aplicando una fuerza externa, principalmente de rotación, en una sola dirección. La diferencia es que un reómetro, como un DMA, evalúa por oscilación (onda sinusoidal).
Más Información sobre los Analizadores Mecánicos Dinámicos (DMA)
En las mediciones de viscoelasticidad dinámica, también conocidas como reometría o DMA, se aplica una carga oscilante cíclica y se utilizan las tensiones y las diferencias de fase en la muestra para evaluar propiedades como el módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida y el seno de pérdida. El módulo de almacenamiento es la fuerza de las propiedades elásticas de la muestra, mientras que el módulo de pérdida es la fuerza del componente viscoso de la muestra.
El seno de pérdida es la relación entre el módulo de pérdida y el módulo de almacenamiento y es un parámetro importante evaluado como tan δ. tan δ representa la contribución viscosa, cuanto mayor es tan δ, más cerca está el material de un líquido.