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Tajuelo Rodríguez, Javier

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    Flow field based data processing for the oscillating conical bob interfacial shear rheometer
    (American Institute of Physics, 2018-01-01) Pastor Ruiz, Juan Manuel; Tajuelo Rodríguez, Javier; Rubio Álvarez, Miguel Ángel
    A rotational rheometer can be used as an interfacial shear rheometer (ISR) by means of proper accessories that allow one to shear fluid-fluid interfaces in a controlled manner. One of the most used accessories, even commercially available, is based on a biconical bob geometry. However, recovering the correct values of the rheological variables is far from trivial. A strategy that has proved to be successful in other ISRs is to properly account for the interface and subphase drags by numerically finding the corresponding flow fields and, then, use an iterative scheme to recover the proper values of the complex Boussinesq number and, consequently, the dynamic surface moduli. Here, we propose to use such a scheme for the biconical bob oscillatory rheometer. We compare our solution with different well known previous approximations, and discuss under which conditions those approximations may lead to errors in the data processing. We have tested the performance of our design and numerical framework on several interfacial systems, comparing the results to those obtained through a magnetic needle rheometer (ISR). We demonstrate that, even for relatively low values of the Boussinesq number, the numerical flow field solution here proposed allows one to precisely reproduce the results obtained by the ISR, while those approximations based on a linear velocity decay at the interface may introduce spurious effects on the calculation of the dynamic surface moduli.
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    Linear shear rheology of aging β-casein films adsorbing at the air/water interface
    (Elsevier, 2018-02-01) Martínez Pedrero, F.; Sánchez Puga, Pablo; Chulia Jordan, R.; González Rubio, Ramón; Tajuelo Rodríguez, Javier; Ortega Coloma, Francisco Javier; Rubio Álvarez, Miguel Ángel
    In this work, the viscoelasticity of fragile β-casein films has been followed using different macro- and microrheological techniques. The modulus of the complex surface viscosity varies with time, allowing for the monitoring of the protein adsorption and annealing. β-casein adsorption creates a soft glassy gel at the interface that experiences an aging process. Macrorheological experiments with multiple probe sizes in addition to microrheological experiments demonstrated the consistency of the surface rheological properties over a broad range of viscosities. Surface pressure measurements were performed to complement the characterization of the processes.
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    BiconeDrag—A data processing application for the oscillating conical bob interfacial shear rheometer
    (Elsevier, 2019-06) Sánchez Puga, Pablo; Pastor Ruiz, Juan Manuel; Tajuelo Rodríguez, Javier; Rubio Álvarez, Miguel Ángel
    BiconeDrag is a software package that allows one to perform a flow field based data processing of dynamic interfacial rheology data pertaining to surfactant laden air–fluid interfaces obtained by means of a rotational bicone shear rheometer. MATLAB and Python versions of the program are provided. The bicone fixture is widely used to transform a conventional bulk rotational rheometer into an interfacial shear rheometer. Typically, such systems are made of a bicone bob, which is mounted on the rheometer rotor, and a cylindrical cup. Usually, the experiment consists of measuring the response of the interface under an oscillatory stress. The program takes the values of the torque/angular displacement amplitude ratio and phase difference to compute the interfacial dynamic moduli (or complex viscosity) by consistently taking into account the hydrodynamic flow both at the interface and the subphase. This is done by numerically solving the Navier–Stokes equations for the subphase velocity field together with the Boussinesq–Scriven boundary condition at the interface, and no slip boundary conditions elsewhere. Furthermore, the program implements a new iterative scheme devised by solving for the complex Boussinesq number in the rotor’s torque balance equation.
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    Reología Interfacial. Técnicas macro y microscópicas y su aplicación a la caracterización de monocapas de Langmuir
    (Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Escuela Internacional de Doctorado. Programa de Doctorado en Ciencias, 2017) Tajuelo Rodríguez, Javier; Rubio Álvarez, Miguel Ángel; Pastor Ruiz, Juan Manuel
    En esta memoria se aborda el diseño y desarrollo de técnicas experimentales para la caracterización de las propiedades reológicas de cizalla de sistemas cuasi-bidimensionales formados en interfases fluido-fluido, y su posterior aplicación en el estudio de la dependencia de los módulos dinámicos superficiales de monocapas de Langmuir de ácidos grasos respecto de dos de las variables termodinámicas del sistema, la temperatura y la presión superficial. En el momento del inicio del presente trabajo existían en la bibliografía diversas técnicas con similares objetivos, surgidas de manera continua a partir de mediados del s. XX. La influencia de las propiedades mecánicas de los sistemas interfaciales en multitud de procesos biológicos o industriales ha generado un creciente interés en esta rama científica, alentando la aparición de métodos experimentales cada vez más refinados. A pesar de este creciente esfuerzo, la medida de las propiedades mecánicas de sistemas con un espesor típico del orden de nanometros, formados en interfases y, por tanto, en contacto con al menos una fase líquida, es aún hoy un tema abierto. De hecho, los resultados obtenidos por medio de diferentes técnicas que, en función de su longitud característica, podemos clasificar en técnicas micro y macro-reológicas, son en muchos casos difícilmente comparables. El objetivo principal de la primera parte de esta memoria, en la que se describen los trabajos de diseño y construcción de los dispositivos experimentales y formulación de los modelos teóricos empleados, es, en primer lugar, refinar el funcionamiento del macro- Reómetro Interfacial de Aguja Magnética (ISR) mediante el empleo de sondas más pequeñas y ligeras que incrementan su resolución. Esta novedad introducida en la técnica, junto con un correcto tratamiento de la hidrodinámica del sistema, nos permite extender el rango de aplicación de este dispositivo a viscosidades superficiales mucho menores, haciendo posible la comparación directa con técnicas micro-reológicas. A partir de los conocimientos y experiencia adquiridos durante la ejecución de esta tarea, que se desarrolla en el Capítulo 1, abordamos en el Capítulo 2 el diseño y construcción de un nuevo ISR basado en el movimiento controlado de una trampa magnética formada por dos pequeños imanes. Gracias a este nuevo método de accionamiento, la importancia relativa de la resistencia hidrodinámica debida a la interfase aumenta significativamente, incrementando, así mismo, la resolución del dispositivo. En el Capítulo 3 aplicamos a una geometría distinta, el Reómetro Interfacial de disco cónico, una aproximación numérica análoga a la empleada en los capítulos anteriores para obtener el campo de velocidades en la subfasae y la interfase. La técnica macro-reológica de disco cónico está ampliamente extendida gracias a su versatilidad, puesto que está basada en un reómetro de torsión convencional adaptado para poder medir reología de cizalla en interfases mediante una geometría de sencilla construcción. Proponemos un nuevo esquema, basado en la resolución numérica del campo de velocidades, para obtener los módulos dinámicos superficiales a partir de los datos recogidos por el reómetro de torsión (par ejercido y ángulo girado), y comparamos los resultados obtenidos a través de dicho esquema con aquellos presentes en la bibliografía. Ello nos permite, de paso, establecer bajo qué condiciones la resolución numérica del campo de velocidades es necesaria para una correcta interpretación de los resultados. En la segunda parte de la memoria empleamos el ISR de trampa magnética en el estudio de la Reología Interfacial de monocapas de Langmuir de ácidos grasos. Las propiedades micro-estructurales de estos sistemas han sido ampliamente estudiadas durante las últimas tres décadas, pero el conocimiento sobre sus propiedades mecánicas es mucho menor, probablemente debido a las dificultades de esta rama científica mencionadas anteriormente. En el Capítulo 4 se presentan los resultados de un estudio pormenorizado de la dependencia de los módulos dinámicos respecto de la presión superficial y la temperatura de la monocapa, construyendo en última instancia un diagrama de fases a partir de la información obtenida en los experimentos reológicos.
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    Shear rheology of fluid interfaces: Closing the gap between macro- and micro-rheology
    (Elsevier, 2018-09) Guzmán Solís, Eduardo; Pastor Ruiz, Juan Manuel; González Rubio, Ramón; Tajuelo Rodríguez, Javier; Rubio Álvarez, Miguel Ángel; Ortega Coloma, Francisco Javier
    For many years the determination of the shear viscosity of interfacial layers has been source of strong controversy. This is mainly because different techniques provided different values of such parameter, which leads in many cases to a puzzling interpretation of the experimental results. One possible explanation of this is the non-correct analysis of the hydrodynamic conditions of the measurement and, in particular, the assumption of some approximations that may not be necessarily valid in all cases. The introduction of hydrodynamic consideration in the study of interfacial shear rheology has helped to clarify some of the existing discrepancies between measurements performed using different devices, thus allowing one to establish clearly the viscosity range in which different techniques can operate with enough sensitivity for determining the interfacial shear viscosity. This review puts in perspective the most recent developments on the studies of the interfacial shear rheology of fluid/fluid interfaces, analyzing the strength and weakness of the different approaches.
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    Propiedades mecánicas de monocapas de Langmuir con reómetro interfacial de aguja
    (Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Facultad de Ciencias, 2013-07-16) Tajuelo Rodríguez, Javier; Rubio Álvarez, Miguel Ángel; Pastor Ruiz, Juan Manuel; Martínez Pedrero, Fernando