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FT - ENGRAM Lucas F. Berti Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia Reologia Prof. Dr. Lucas Freitas Berti Curso de Reologia.

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1 FT - ENGRAM Lucas F. Berti Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia Reologia Prof. Dr. Lucas Freitas Berti Curso de Reologia

2 FT - ENGRAM Lucas F. Berti Sumário: Conceitos básicos Evolução histórica Definições Variáveis que afetam a viscosidade – Pressão – Temperatura – Taxa de deformação Comportamento de fluxo Modelos lineares Modelos Não lineares O ponto de fluxo – Tensão de Escoamento Comportamento dependente do tempo INTRODUÇÃO

3 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOSREOLOGIA CIÊNCIA DO FLUXO. DEFORMAÇÃO DE UM CORPO SUBMETIDO A ESFORÇOS EXTERNOS. REOMETRIA CONSISTE NA DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DO COMPORTAMENTO DE FLUXO

4 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOSSUSPENSÃO Apresenta uma microestrutura composta por partículas sólidas incluídas em um meio líquido REOLOGIA O comportamento reológico de uma suspensão se apresenta dentro dos limites entre um sólido e um líquido.

5 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOS GásSólido Dispersões Líquido Aerosol e Aerogel Suspensão, Emulsão e Gel Emulsão e Pasta

6 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOS As propriedades reológicas de uma suspensão são influenciadas, de maneira marcantes, pelas características físico-químicas da fase sólida presente. 1 – Concentração volumétrica de sólidos 2 – Distribuição de tamanho de partículas 3 – Interações (atração e repulsão) entre as partículas dispersas

7 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOS As características de fluxo de uma suspensão são definidas em função da relação entre o movimento de translação/rotação das partículas sólidas no interior do líquido e as interações interpartícula. O movimento das partículas durante o fluxo é dependente da concentração da suspensão

8 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOS Fullman (1953), Modelo quantitativo microestrutural Fullman (1953), Modelo quantitativo microestrutural O livre caminho médio () é um bom indicador para definir-se a concentração de uma suspensão = (2/3).d.( 1- )/ = (2/3).d.( 1- )/ = Livre caminho médio = Livre caminho médio d = Diâmetro médio = Fração volumétrica = Fração volumétrica

9 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOS SUSPENSÕES DILUÍDAS Ocorre quando é pequeno (< 0,05) e/ou d é grande é grande é grande >> d >> d Probabilidade de contatos entre partículas é pequena Teoria das colisões entre 2 corpos

10 FT - ENGRAM Lucas F. Berti EVOLUÇÃO HISTÓRICA Suspensões diluídas

11 FT - ENGRAM Lucas F. Berti CONCEITOS SUSPENSÕES MODERADAMENTE CONCENTRADAS Ocorre para intermediário (> 0,05 ) e/ou d é pequeno Suspensões onde não há interações interpartículas já apresenta comportamento viscoelastico é pequeno é pequeno > d > d Probabilidade de contatos entre partículas é grande Colisões entre diversos corpos

12 FT - ENGRAM Lucas F. Berti EVOLUÇÃO HISTÓRICA Suspensões Moderadamente Concentradas

13 FT - ENGRAM Lucas F. Berti EVOLUÇÃO HISTÓRICA SUSPENSÕES CONCENTRADAS Ocorre quando é elevado (> 0,3) e/ou d é muito pequeno Forças de interação interpartícula começam a atuar (d 1m) é pequeno é pequeno d d Probabilidade de contatos entre partículas é ~ 100% Colisões entre diversos corpos

14 FT - ENGRAM Lucas F. Berti EVOLUÇÃO HISTÓRICA Suspensões Concentradas

15 FT - ENGRAM Lucas F. Berti EVOLUÇÃO HISTÓRICA Suspensões Concentradas

16 FT - ENGRAM Lucas F. Berti EVOLUÇÃO HISTÓRICA Suspensões Concentradas ~0,65

17 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Reologia de Suspensões Coloidais Reologia de Suspensões Coloidais - Os sistemas coloidais envolvem uma classe específica de dispersões onde o diâmetro das partículas dispersas exercem papel determinante sobre as propriedades dessa dispersão. 1 m e 1 nm - As dispersões coloidais são obtidas quando o tamanho das partículas dispersas estão dentro do intervalo entre 1 m e 1 nm. - Será utilizado o exemplo das suspensões coloidais cerâmicas como instrumento de caracterização do comportamento reológico dos sistemas colidais (aerosol, emulsões, etc.)

18 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAISHidrofóbicos Sistemas Cerâmicos Propriedades do sistema são governadas por eventos que ocorrem na interface, ou seja, por propriedades de superfície. Interface Sólido-Líquido Sólido Insolúvel Pó 1m a 1 nm m 2 /g

19 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Sistema coloidal hidrofóbico não possui estabilidade Termodinâmica Coalescência/floculação e/ou precipitação Separação de fases tende a ser espontânea

20 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Partículas pequenas Cinética Pequena velocidade de sedimentação Lei de Stokes Suspensões Concentradas SuspensõesDiluídas CoalescênciaFloculação Gelificação Estrutura 3D

21 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Movimento Browniano Movimento Browniano Movimento Browniano - As partículas de uma suspensão coloidal são animadas por um movimento desordenado e incessante definido como Movimento Browniano. - Tal evento ocorre devido aos choques produzidos pelas moléculas do líquido (vibração térmica e auto-difusão) junto as partículas sólidas dispersas. - Como o tamanho das partículas é muito pequeno, os efeitos gravitacionais não se manifestam significativamente permitindo que as moléculas do líquido induzam movimento nessas partículas.

22 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Movimento Browniano Movimento Browniano

23 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Movimento Browniano Colisão entre as partículas dispersas Repulsão Atração SUSPENSÃO INSTÁVEL SUSPENSÃO ESTÁVEL CoalescênciaFloculação Dispersão

24 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Serão apresentados, a seguir, alguns conceitos fundamentais para a compreensão de quando e porque há atração ou repulsão entre as partículas dispersas, para o caso de uma suspensão coloidal cerâmica em meio aquoso (eletrólito). Estabilidade da Suspensão 1 – Caráter anfótero da superfície. 2 – A dupla camada iônica. 3 – O Potencial Zeta.

25 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Ponto de Carga Zero (PZC) pH

26 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS MaterialFórmula QuímicaPCZ QuartzoSiO 2 1 Sílica AmorfaSiO ZirconiaZrO RutiloTiO MagnetitaFe 3 O Hematita Fe 2 O c Alumina Al 2 O Alumina Al 2 O 3 9 – 9,5 ItriaY2O3Y2O3 11 MagnésiaMgO AlbitaNa 2 O. Al 2 O 3. 6 SiO 2 2 CaulimAl 2 O 3. SiO 2. 2H 2 O6 - 7 Mulita3Al 2 O 3. 2SiO

27 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS

28 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS A Dupla Camada Iônica

29 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS O Potencial Eletrocinético ou Potencial Zeta

30 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS O Potencial Eletrocinético ou Potencial Zeta Ponto de Carga Zero (PZC) pH

31 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS A Estabilidade de Suspensões Coloidais A Estabilidade de Suspensões Coloidais Com base nos conceitos apresentados anteriormente pode-se agora dar um sentido mais preciso com relação à estabilidade de uma suspensão coloidal cerâmica. ESTABILIDADE Instaura-se uma barreira energética que impede a aglomeração das partículas dispersas.

32 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAISSOL Suspensão estável. Suspensão estável. Apresenta uma distribuição aleatória de partículas no interior da fase líquida. Apresenta uma distribuição aleatória de partículas no interior da fase líquida. Suspensão defloculada ou peptizada. Suspensão defloculada ou peptizada. SOL

33 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAISGEL Suspensão instável. Suspensão instável. As partículas tende a formar aglomerados. As partículas tende a formar aglomerados. A fase sólida pode ser tratada com um todo. Estrutura floculada tridimensional (separação de fases). A fase sólida pode ser tratada com um todo. Estrutura floculada tridimensional (separação de fases). GEL

34 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Teoria DLVO

35 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Teoria DLVO V R 1/D 2 V A 1/D 6 Eletrostático Van der Walls London

36 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Estabilização polimérica Estabilização polimérica Quando adiciona-se moléculas orgânicas dissolvidas no meio l´quido de uma suspensão coloidal, surge um novo tipo de força repulsiva entre as partículas dispersas ocasionada por um impedimento estérico (efeito restritivo de volume).

37 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Teoria DLVO

38 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS

39 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Ex: Efeito do conteúdo de sólidos Ex: Efeito do conteúdo de sólidos

40 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS

41 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS

42 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS

43 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS Ex: Suspensão Defloculada Ex: Suspensão Defloculada

44 FT - ENGRAM Lucas F. Berti SUSPENSÕES COLOIDAIS


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