Uma investigação da microestrutura e reologia de suspensões com estruturas cristalinas de NaCl na presença de cisalhamento e campo magnético
Autor(a)
Suarez Solis, Victor Hugo
Orientador(a) Coorientador(a)
Cunha, Francisco Ricardo da
Contato email
suarezyhss17@gmail.com
Data de aceite
2023-07-03
Data de disponibilizacao
2023-07-03
Data de publicacao
2023-07-03
Data de defesa submissao
2022-12-16
Citacao
SUAREZ SOLIS, Victor Hugo. Uma investigação da microestrutura e reologia de suspensões com estruturas cristalinas de NaCl na presença de cisalhamento e campo magnético. 2022. xii, 98 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.
Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2022.
Resumo Portugues
Este trabalho estuda os efeitos reológicos da aplicação de um campo magnético
externo a uma suspensão composta de cristais NaCl dispersos em uma solução aquosa
supersaturada do mesmo sal. Foram utilizados protótipos experimentais do Laboratório
de Microhidrodinâmica e Reologia da Universidade de Brasília. O dispositivo usado nos
experimentos é um reômetro de disco paralelo equipado com uma célula magnética. Testes
estáticos em temperatura constante são realizados na ausência de fluxo. Esses testes
indicam, por observação microscópica, que o comprimento médio da microestrutura dos
cristais após a recristalização é maior quanto mais intenso for o campo magnético aplicado
às amostras. Utilizando experimentos reométricos (regime de fluxo laminar), avaliamos
o comportamento da viscosidade da suspensão em um regime de fluxo fraco a uma
temperatura controlada para seis intensidades de campo magnético crescentes. Estes testes
mostram que a viscosidade da suspensão diminui não linearmente à medida que a força do
campo magnético aumenta. A suspensão apresenta um comportamento pseudoplástico para
cada campo magnético aplicado, que é bem descrito por um modelo de lei de potências.
Experimentos também são realizados no regime de cisalhamento oscilatório de pequena
amplitude. Os módulos viscoelásticos foram determinados e descobrimos que o módulo
de armazenamento não desaparece em baixas frequências, indicando a existência de um
módulo elástico de corte em equilíbrio. Também foram realizados experimentos usando um
Impulso de deformação na presença de um campo magnético. A função de relaxamento das
tensões foi obtida em função do campo magnético e um espectro de tempos de relaxamento
foi determinado, mostrando memórias complexas nas suspensões examinadas com três
tempos de relaxação. Constata-se que a tensão relaxa até se tornar uma tensão residual,
que diminui à medida que a intensidade do campo magnético aplicado aumenta.
Todos os resultados deste trabalho podem estar relacionados a mudanças na distribuição da taxa de crescimento e à distribuição do tamanho dos cristais de NaCl com a
intensidade de um campo magnético aplicado. O presente estudo pode ser importante em
aplicações envolvendo tratamentos de formação de cálculos renais, por meio do monitoramento de um campo magnético externo.
Resumo Ingles
In this work, the rheological effects of applying an external magnetic field to a
suspension composed of NaCl crystals dispersed on an aqueous supersaturated solution of
the same salt are studied using experimental protocols of the Laboratory of Microhydrodynamics and Rheology of the University of Brasília. The device used in the experiments is a
parallel disk rheometer equipped with a magnetic cell. Static tests at constant temperature
are performed in the absence of flow. Crystals grow in the solution because salt molecules
meet up and interlock, arranging themselves in a lattice structure. These tests indicate,
by microscopy observation, that the mean length of the crystals’ microstructure after
recrystallization is greater the more intense the magnetic field applied to the samples is.
By rheometric experiments (flow regime), we evaluated the behavior of the suspension
viscosity in a weak flow regime at a controlled temperature for six increasingly higher
magnetic field intensities. These tests show that the suspension viscosity decreases in a
nonlinear fashion as the magnetic field intensity increases. This behavior is understood as
a result of a weakening of the bonds in the crystal structures, which makes them more
susceptible to breakups under the action of a shearing flow. The suspensions present a
shear-thinning for every applied magnetic field, which is well described by a power-law
model. Experiments in the regime of small amplitude oscillatory shear are also carried out.
The viscoelastic modules are determined and we find that the storage modulus does not
vanish at low frequencies, indicating the existence of a shear elastic modulus at equilibrium.
Experiments using a step-strain in the presence of a magnetic field were also conducted.
The stress relaxation function as a function of the magnetic field was obtained and a
spectrum of relaxation times determined, showing complex memories of the examined
suspensions with three relaxation times. The stress is found to relax to a residual stress,
which decreases as the intensity of the applied magnetic field is increased. The results of
this work can all be related to changes in the growth rate distribution and size distribution
of the salt crystals with the intensity of an applied magnetic field. The present study
could be important in the applications involving treatments of kidney stone formation by
monitoring an external magnetic field.
Unidade academica
Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento
Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)
Programa de Pos-Graduacao
Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas
Idioma
spa
Tipo de documento
Dissertação
Formato
application/pdf
Direitos de acesso
Acesso Aberto
Termo de licenca
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Palavras-chave
Campos magnéticos||Microcristais de NaCl||Efeito magnetoviscoso||Pseudoplasticidade||Relaxação de tensões
