Reologia de emulsões de gotas polares sujeitas a cisalhamento e campo magnético

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Aleixo Filho, Marcos Fabrício de Souza
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48628
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.
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spelling Reologia de emulsões de gotas polares sujeitas a cisalhamento e campo magnéticoReologiaCisalhamentoCampo magnéticoEmulsõesDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2024.Nesta dissertação, o comportamento reológico de emulsões de gotas polares é caracterizado experimentalmente através do uso de um reômetro de discos paralelos equipado com uma célula magnética. As emulsões examinadas variam em termos da razão de viscosidades entre o fluido do interior da gota e o líquido circundante. Nesse contexto foram geradas quatro emulsões, cada uma com sua razão de viscosidade definida e diferentes entre si, mas todas com a mesma fração volumétrica de gota (5% v/v). Foram realizados testes estáticos de microscopia para determinação de diâmetro médio das gotas, bem como da polidispersidade. Quando aplicado um campo magnético externo verificou-se também a distribuição de tamanho de cadeias formadas pela agregação de gotas devido as interações dipolares. Três metodologias experimentais foram utilizadas para caracterizar o comportamento reológico das emulsões. A primeira refere-se aos ensaios em regime de cisalhamento permanente na ausência e na presença de campo magnético. Com isso, pode-se examinar o comportamento da viscosidade aparente e da tensão de cisalhamento das emulsões em função da taxa de cisalhamento e da intensidade do campo magnético. Isto permite a descrição do comportamento reológico desses fluidos complexos por modelos de fluidos newtonianos generalizado. Além disso, comparações do comportamento da viscosidade na ausência de campo magnético externo com o modelo de emulsão infinitamente diluída de Taylor são realizadas. A segunda metodologia diz respeito aos ensaios experimentais com escoamentos do tipo transiente, em regime de impulso de deformação na presença de campo magnético. A partir desta análise experimental obtiveram-se, para uma emulsão de razão de viscosidade fixa, suas funções relaxação de tensão dependentes da intensidade de campo magnético externo aplicado. Efetuaram-se o cálculo de seus tempos de relaxação associados. A terceira metodologia refere-se a testes em cisalhamento oscilatório na presença de campo magnético externo, em regime de viscoelasticidade linear. Dessa metodologia, obtiveram-se os módulos viscoelásticos para uma emulsão polar de razão de viscosidade definida. Tais funções materiais foram obtidas em função da frequência e da intensidade do campo magnético em uma condição de pequenas deformações. Observou-se a existência de modo elástico de cisalhamento quando a emulsão polar é sujeita à presença de campo magnético externo o que indica uma mudança microestrutural induzida por interações dipolares. Nota-se também que a aplicação do campo magnético resulta num efeito elástico do fluido e consequentemente ganho de um memória complexa tendo em vista o espectro de tempo de relaxação observado. Verificações de compatibilidade entre o módulo viscoso e a viscosidade aparente para valores iguais de frequência e taxa de cisalhamento são realizadas e, com base nisso, a primeira diferença de tensões normais é calculada usando a regra de Laun.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In this dissertation, the rheological behavior of polar droplet emulsions is experimentally characterized through the use of a parallel disk rheometer equipped with a magnetic cell. The emulsions examined vary in terms of the viscosity ratio between the fluid inside the droplet and the surrounding liquid. In this context, four emulsions were generated, each with its defined viscosity ratio and different from each other, but all with the same droplet volume fraction (5% v/v). Static microscopy tests were carried out to determine the average diameter of the drops, as well as polydispersity. When an external magnetic field was applied, the size distribution of chains formed by the aggregation of drops due to dipolar interactions was also verified. Three experimental methodologies were used to characterize the rheological behavior of the emulsions. The first refers to tests under permanent shear in the absence and presence of a magnetic field. With this, it is possible to examine the behavior of the apparent viscosity and shear stress of emulsions as a function of the shear rate and the intensity of the magnetic field. This allows the description of the rheological behavior of these complex fluids by generalized Newtonian fluid models. Furthermore, comparisons of viscosity behavior in the absence of an external magnetic field with Taylor’s infinitely dilute emulsion model are performed. The second methodology concerns experimental tests with transient-type flows, in a deformation impulse regime in the presence of a magnetic field. From this experimental analysis, for an emulsion with a fixed viscosity ratio, its stress relaxation functions were obtained, depending on the intensity of the applied external magnetic field. The associated relaxation times were calculated. The third methodology refers to tests in oscillatory shear in the presence of an external magnetic field, in a regime of linear viscoelasticity. From this methodology, the viscoelastic moduli were obtained for a polar emulsion with a defined viscosity ratio. Such material functions were obtained as a function of the frequency and intensity of the magnetic field in a condition of small deformations. The existence of an elastic shear mode was observed when the polar emulsion is subjected to the presence of an external magnetic field, which indicates a microstructural change induced by dipolar interactions. It is also noted that the application of the magnetic field results in an elastic effect of the fluid and consequently the gain of a complex memory in view of the observed relaxation time spectrum. Compatibility checks between viscous modulus and apparent viscosity for equal values of frequency and shear rate are carried out and, based on this, the first normal stress difference is calculated using Laun’s rule.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasCunha, Francisco Ricardo daAleixo Filho, Marcos Fabrício de Souza2024-07-09T11:54:12Z2024-07-09T11:54:12Z2024-07-092024-01-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfALEIXO FILHO, Marcos Fabrício de Souza. Reologia de emulsões de gotas polares sujeitas a cisalhamento e campo magnético. 2024. 169 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48628porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T11:54:12Zoai:repositorio.unb.br:10482/48628Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T11:54:12Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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