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

Abstract

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.