Reologia de suspensões passivas e ativas com estruturas anisotrópicas em escoamentos cisalhantes : escalas micro e macro.

Abstract

Neste trabalho, investigam-se fluidos complexos inovadores, de grande relevância para futuras aplicações em engenharia. Esses fluidos são classificados em dois grupos: ativos e passivos. No que diz respeito aos fluidos ativos, abordam-se duas suspensões magnetoreológicas (MRS): uma contendo partículas de magnetita dispersas em óleo mineral, e outra formada pela dispersão de ferro carbonílico no mesmo fluido base. Vale destacar que as estruturas induzidas nesses fluidos pela aplicação de um campo magnético possuem escala micrométrica. São considerados fluidos ativos devido à capacidade de suas propriedades reológicas serem moduladas ativamente por campos magnéticos externos. Verifica-se ainda um aumento expressivo nas propriedades reológicas em comparação com os ferrofluidos, cujos solutos possuem escala nanométrica. Quanto aos fluidos passivos, estudam-se a reologia de suspensões de nanotubos de carbono de parede múltipla e de oleogéis — suspensões de fibras de celulose em uma matriz de amido de batata e óleo de soja. Além do interesse acadêmico, esses fluidos apresentam grande potencial para aplicações práticas, como na redução de arrasto em fluidos com fibras rígidas, no caso dos nanotubos, e em setores como a indústria alimentícia e cosmética, no caso dos oleogéis. O trabalho adota uma abordagem teórico-empírica, empregando três metodologias experimentais principais. A primeira metodologia envolve ensaios de cisalhamento contínuo, realizados tanto na presença quanto na ausência de campo magnético. Esses testes permitem examinar a viscosidade aparente e a tensão de cisalhamento dos fluidos em função da taxa de cisalhamento e da fração volumétrica de partículas, além da dependência dessas propriedades em relação à intensidade do campo magnético, no caso das MRs. Essa análise possibilita a verificação da aderência ao comportamento predito por modelos de fluido newtoniano generalizado. A segunda metodologia aborda ensaios de escoamento transiente, baseados na aplicação de impulsos de deformação, tanto com quanto sem campo magnético. A partir desses experimentos, são obtidas as funções de relaxação de tensão para os diferentes fluidos, as quais, no caso das MRs, dependem também da intensidade do campo magnético. Com base nessas funções, calculam-se os tempos de relaxação dos fluidos. Observa-se, nas suspensões magnetoreológicas, que a tensão de cisalhamento não se reduz a zero na presença de um campo magnético, mas converge para um valor residual, o qual é avaliado em função da intensidade do campo. A terceira metodologia refere-se aos testes de cisalhamento oscilatório, realizados no regime de viscoelasticidade linear, também sob diferentes intensidades de campo magnético. Nesses ensaios, são determinados os módulos viscoelásticos dos fluidos em função da frequência de oscilação, sendo que, para as MRs, a intensidade do campo magnético também é considerada. Além disso, o módulo de cisalhamento elástico no limite de baixa frequência é calculado e analisado em termos da fração volumétrica de partículas e da intensidade do campo magnético.