Viscoelasticidade. , Sem com 1-FluidosNewtonianos 2-FluidosNão Newtoniano s 2.1Fluido s inelástico...
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Viscoelasticidade
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,
SemSem 0
comcom 0
1-Fluidos1-FluidosNewtonianosNewtonianos
2-Fluidos 2-Fluidos NãoNãoNewtonianoNewtonianoss
A
Fyx
2.1Fluido2.1Fluidoss
inelásticoinelásticoss
2.2-Fluidos 2.2-Fluidos viscoelásticosviscoelásticos
2.1.1 2.1.1 Independ.Independ.do tempo do tempo de cis.de cis.
2.1.2Ctes. 2.1.2Ctes. dependentedependentes s do tempodo tempo
Lei potênciaLei potência
nyx )(k
A
F
HBHBn
p0 )( CassonCasson
2/12/10
2/1 )(k)()(
BinghanBinghan
)(p0
tlogBA Fluidos Fluidos reopéticos e reopéticos e tixotrópicostixotrópicos
Fluidos de Fluidos de MaxwellMaxwell
Fluidos de Fluidos de VoigtVoigt
G;
.
G
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Definição de comportamento Viscoelástico
Viscoelásticidade: materiais que possuem ambas características:viscosa e elástica
Comportamento dos Materiais
Tipo Sólido---------- Tipo LíquidoSólido Ideal -----A maioria dos materiais ------ Ideal FluidPuramente Elástico--Viscoelástico --Puramente Viscoso
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ViscosoViscoso ElásticoElástico PlásticoPlástico ViscoelásticoViscoelástico
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Efeitos provocados pela viscoelasticidadeEfeitos provocados pela viscoelasticidade
Inversão do vórticeInversão do vórtice
Sifão Sifão sem sem tubotubo
Fluido viscosoFluido viscoso Fluido viscoelásticoFluido viscoelástico
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Fluido viscosoFluido viscoso Fluido viscoelásticoFluido viscoelástico
Jato na sáida Jato na sáida de um dutode um duto
Expansão do jatoExpansão do jato
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Fluido viscosoFluido viscoso Fluido viscoelásticoFluido viscoelástico
repousorepouso
escoamentoescoamento
repousorepouso
A deformação é irreversível A deformação é irreversível ( se mantem )( se mantem ) Recuperação da deformaçãoRecuperação da deformação
Pela elasticidade do materialPela elasticidade do material
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Metodos para o estudo do comportamento viscoeláticoMetodos para o estudo do comportamento viscoelático
O comportamento viscoelástico aparece geralmente O comportamento viscoelástico aparece geralmente quando no material se aplicam deformações não quando no material se aplicam deformações não estacionárias ou estímulos transientesestacionárias ou estímulos transientes
Metodos de estudo ( dinâmicos) : Transientes e Metodos de estudo ( dinâmicos) : Transientes e oscilatoriososcilatorios
Transientes: ensaios de Transientes: ensaios de creep, relaxão de tensõescreep, relaxão de tensões
Oscilatorios dinâmicosOscilatorios dinâmicos : aplicação de uma variação : aplicação de uma variação senoidal da deformação ou tensãosenoidal da deformação ou tensão
Estes ensaios são realizados a deformações muito Estes ensaios são realizados a deformações muito baixas para não alterar a estrutura baixas para não alterar a estrutura
São utilizados basicamente para estudos estrutura São utilizados basicamente para estudos estrutura dos materiais dos materiais
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Ensaios transientesEnsaios transientes
Creep ( fluência) e relaxação de tensões Creep ( fluência) e relaxação de tensões
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Ensaios de Creep ( fluência)Ensaios de Creep ( fluência)
Aplica-se instantaneamente no material Aplica-se instantaneamente no material uma tensão e se mantém esta tensão uma tensão e se mantém esta tensão constante constante
Determina-se a deformação obtida em Determina-se a deformação obtida em função do tempo para manter função do tempo para manter
A seguir se relaxa a tensão e se continua a A seguir se relaxa a tensão e se continua a medir a deformação obtidamedir a deformação obtida
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TensãoTensão
tempotempo
deformaçãodeformação
00
Função degrauFunção degrau
f. viscosof. viscoso
Elástico idealElástico ideal
f. viscoelásticof. viscoelástico
Deformação permanenteDeformação permanente
Ensaios de fluência Ensaios de fluência
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Experiência de fluência ( creep) e recuperação
tempo
recuperaçãoZona de Creep
Mais Viscoso
Mais Elástico
Creep 0
Recuperação = 0
/
defo
rmaç
ão
t1 t2
Nota : Podem se aplicar modelos matemáticos às curvas que Nota : Podem se aplicar modelos matemáticos às curvas que fornecerão quanto de elástico e viscoso possui o materialfornecerão quanto de elástico e viscoso possui o material
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Relaxação de tensões Relaxação de tensões
Deforma-se instantaneamente o Deforma-se instantaneamente o material e se mantém esta deformação material e se mantém esta deformação constante constante Determina-se a tensão necessária em Determina-se a tensão necessária em função do tempo para manter esta função do tempo para manter esta
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deformaçãote
ns
ão
ten
sã
o
Material elástico idealMaterial elástico ideal
Sólido viscoelásticoSólido viscoelástico
Fuido viscoelasticoFuido viscoelastico
tempotempoviscosoviscoso
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Tempo de relaxação= tempo necessário Tempo de relaxação= tempo necessário para relaxar a tensão de um material para para relaxar a tensão de um material para conseguir uma dada deformação conseguir uma dada deformação
Tempo = infinito para um sólido elástico (De=Tempo = infinito para um sólido elástico (De=))Tempo = 0 , para um fluido viscoso( De=0)Tempo = 0 , para um fluido viscoso( De=0)
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Reologia DinámicaReologia Dinámicaouou
Ensáios OscilatóriosEnsáios Oscilatórios
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A tempos curtos de experiência o material se comporta como um a sólido
A tempos longos de experiência o material se comporta como um a líquido
Resposta de um material Viscoelástico
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Ensaios oscilatórios dinâmicosEnsaios oscilatórios dinâmicos
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Ensaios mecânicos dinâmicos
Deformação
Resposta
ângulo de fase
Aplica-se uma deformação ou tensão sinusoidal à amostra.
A resposta do material é medida ( tensão quando se aplica uma deformação ou deformação quando se aplica uma tensão )
A mudança de ângulo de fase δ, entre estímulo e resposta é um medida da viscoelasticidade
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Ensaios mecânicos dinâmicosRespostas do casos limites
Tensão
deformação
= 0° = 90°
Respostas puramente elástica (Sólido Hookeno)
Resposta Puramente Viscosa(Líquido
Newtoniano)
Tensão
deformação
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Parâmetros Viscoelásticos :A tensão Complexa, Elástica, & Viscosa
A tensão calculada numa experiência dinâmica é referida como tensão complexa *
ângulo de fase
Tensão Complexa *
deformação,
* = ' + i"
A tensão complexa σ* pode ser separada em duas componentes :
1) A tensão elástica, em fase com a deformação. ' = *cos σ’ representa quanto de sólido elástico tem o material.
2) A Tensão viscosa está 90 o fora de fase com a deformação " = *sin " representa quanto de viscoso tem o
material
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Parâmetros Viscoelásticos
Môdulo Elástico (Armazenamento):Môdulo Elástico (Armazenamento): Medida da elasticidade do material. Medida da elasticidade do material. Habilidade do material para Habilidade do material para armazenar energiaarmazenar energia
G' = (tensão*/deformação)cos
G" = (tensão*/deformação)sen
Môdulo Viscoso (perda): Habilidade do material para Habilidade do material para perder energiaperder energia. Energia perdida como calor
Môdulo Complexo:Môdulo Complexo: Medida da Medida da resistência global dos materiais à resistência global dos materiais à deformaçãodeformação
G* = tensão*/deformaçãoG* = G’ + iG”
Tan = G"/G'Tan Delta:Tan Delta: Medida do componente viscosa a Medida do componente viscosa a elásticaelástica
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Môdulo de armazenamento e perda de um Material viscoelástico
SUPER Bola
Bola de tênisX
armazenamento
Perda
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tan
Phase angle
G*
G'
G"
G* = (G’2 +G”2)1/2
A tangente do ângulo de fase é a razão entre o môdulo de perda e o môdulo de armazenamento
tan = G"/G'
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Varredura no tempoVarredura no tempoT
en
sã
o o
u d
efo
rmaç
ão
Tempo
DeformaçãoO material é monitorado
a freqüência constante , amplitude e temperatura .
UsosTixotropiaEstudos de Cura Estabilidade frente a degradação térmica.Reação química Mudanças estruturais
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Varredura de tensão
Região não-linear
G’ = f() região linear G’ é constante
G’
1000.00.010000 0.10000 1.0000 10.000 100.00% deformação
1000
1.000
10.00
100.0
G' (
Pa)
100.0
0.01000
osc
. str
ess
(Pa
)
Deformação Crítica c
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Varredura de Freqüência
Mede-se a reposta do material à mudança de freqüência
def
orm
ação
Tempo
Deformação
Espectros mecânicosEspectros mecânicos Estudos de estruturaEstudos de estrutura
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Varredura de Freqüência : Resposta do material
Terminal Region
Rubbery PlateauRegion
TransitionRegion
Glassy Region
12
Storage Modulus (E' or G')
Loss Modulus (E" or G")
log Frequency (rad/s or Hz)
log
G'a
nd G
"
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Log w( rads)Log w( rads)
Log ( Log ( G´G´ou ou G´´)G´´)
Suspensão diluidaSuspensão diluida
G´G´
G´´G´´
Log ( Log ( G´G´ou ou G´´)G´´)
Log w( rads)Log w( rads)
Suspensão concentradaSuspensão concentrada
Log ( Log ( G´G´ou ou G´´)G´´)
Log w( radsLog w( rads
G`G`
G´´G´´
Espectro mecânicos Espectro mecânicos
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Quanto maior for G´e menor G´´ , mais Quanto maior for G´e menor G´´ , mais estruturado se encontra o material :estruturado se encontra o material : Maior caracter elástico em relação a Maior caracter elástico em relação a componente viscosocomponente viscoso Menor valor de tang deltaMenor valor de tang delta
A forma do espectro também da um A forma do espectro também da um diagnóstico da estrutura do materialdiagnóstico da estrutura do material
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Espectro mecãnico de pastas de tomate Espectro mecãnico de pastas de tomate processadas a diferentes condições de processadas a diferentes condições de temperatura e moagemtemperatura e moagem
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Estudo das propriedades Estudo das propriedades viscoelásticas de emulsões de viscoelásticas de emulsões de ôleo e ovo desidratadoôleo e ovo desidratado
ôleoôleoG´G´
G´´ G´´
Concentração de ovo=3%Concentração de ovo=3%
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ovoovo
G´G´
G´´G´´
Concentração de ôleo = 70%Concentração de ôleo = 70%
Estudo das propriedades viscoelásticas de emulsões Estudo das propriedades viscoelásticas de emulsões de ôleo e ovo desidratadode ôleo e ovo desidratado
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Amido de amarantoAmido de amaranto
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0
5
10
15
20
0,01 0,1 1 10
Tensão de oscilação (Pa)
G'
e G
'' (
Pa)
G': 10 °C G'': 10 °CG': 30 °C G'': 30 °CG': 50 °C G'': 50 °C
Intervalo de viscoelasticidade Intervalo de viscoelasticidade
linear à concentração de 5%linear à concentração de 5%
0,01
0,1
1
10
100
60 65 70 75 80 85 90
Temperatura (°C )
G'
e G
'' (P
a)
G' : 15% G'': 15%G' : 10% G'': 10%G' : 5% G'': 5%
]
Determinação de Determinação de temperatura de temperatura de gelatinização a gelatinização a concentrações de concentrações de (5, 10, 15)% (5, 10, 15)%
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0,01
0,1
1
10
100
0 100 200 300 400 500 600
Tempo(s)
G'
e G
'' (
Pa
)
G' : 15% G'': 15%G' : 10% G'': 10%G' : 5% G'': 5%
Cinética de Cinética de gelatinização a 68°C, gelatinização a 68°C, concentrações de 5, concentrações de 5,
10 e 1510 e 15
1
10
100
0,001 0,01 0,1 1 10
Freqüência (Hz)
G' e
G
'' (P
a)
G' : 15% G'': 15%
G' : 10% G'': 10%
G' : 5% G'': 5%
Módulos de Módulos de armazenamento e de armazenamento e de dissipação a 10°C e dissipação a 10°C e concentração de 5, 10, concentração de 5, 10, 15 %15 %
![Page 37: Viscoelasticidade. , Sem com 1-FluidosNewtonianos 2-FluidosNão Newtoniano s 2.1Fluido s inelástico s inelástico s 2.2-Fluidosviscoelásticos 2.1.1 Independ.](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052821/552fc10f497959413d8c5608/html5/thumbnails/37.jpg)
Resultados
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200 250 300
Taxa de Deformação (1/s)
Ten
são
de C
isal
ham
ento
(Pa)
Sub 1 (5%) Desc 1 (5%)
Sub 1 (10%) Desc 1 (10%)
Sub 1 (15%) Desc 1 (15%)
1
10
100
0.001 0.01 0.1 1 10
Frequência (Hz)
G',
G"
(Pa)
G' (5%) G" (5%)
G' (10%) G" (10%)
G' (15%) G" (15%)