Viscoelasticidade

Fluidos reopéticos e tixotrópicos Newtonianos 2-Fluidos Não 2.1Fluidos inelásticos 2.2-Fluidos viscoelásticos 2.1.1 Independ. do tempo de cis. 2.1.2Ctes. dependentes Lei potência HB Casson Binghan Fluidos reopéticos e tixotrópicos Fluidos de Maxwell Fluidos de Voigt Sem com ,

Definição de comportamento Viscoelástico Comportamento dos Materiais Tipo Sólido---------- Tipo Líquido Sólido Ideal -----A maioria dos materiais ------ Ideal Fluid Puramente Elástico--Viscoelástico --Puramente Viscoso Viscoelásticidade: materiais que possuem ambas características:viscosa e elástica

Viscoso Elástico Plástico Viscoelástico

Efeitos provocados pela viscoelasticidade Inversão do vórtice Sifão sem tubo Fluido viscoso Fluido viscoelástico

Fluido viscoso Fluido viscoelástico Expansão do jato Jato na sáida de um duto Expansão do jato

Fluido viscoso Fluido viscoelástico repouso escoamento A deformação é irreversível ( se mantem ) Recuperação da deformação Pela elasticidade do material

Metodos para o estudo do comportamento viscoelático O comportamento viscoelástico aparece geralmente quando no material se aplicam deformações não estacionárias ou estímulos transientes Metodos de estudo ( dinâmicos) : Transientes e oscilatorios Transientes: ensaios de creep, relaxão de tensões Oscilatorios dinâmicos : aplicação de uma variação senoidal da deformação ou tensão Estes ensaios são realizados a deformações muito baixas para não alterar a estrutura São utilizados basicamente para estudos estrutura dos materiais

Ensaios transientes Creep ( fluência) e relaxação de tensões

Ensaios de Creep ( fluência) Aplica-se instantaneamente no material uma tensão e se mantém esta tensão constante Determina-se a deformação obtida em função do tempo para manter A seguir se relaxa a tensão e se continua a medir a deformação obtida

tempo Ensaios de fluência f. viscoso Tensão Função degrau deformação Função degrau f. viscoso Elástico ideal f. viscoelástico Deformação permanente Ensaios de fluência

Experiência de fluência ( creep) e recuperação tempo recuperação Zona de Creep Mais Viscoso Mais Elástico Creep  > 0 Recuperação  = 0 / deformação t1 t2 Nota : Podem se aplicar modelos matemáticos às curvas que fornecerão quanto de elástico e viscoso possui o material

Relaxação de tensões Deforma-se instantaneamente o material e se mantém esta deformação constante Determina-se a tensão necessária em função do tempo para manter esta

tensão tempo Material elástico ideal Sólido viscoelástico Fuido viscoelastico tempo viscoso

Tempo de relaxação= tempo necessário para relaxar a tensão de um material para conseguir uma dada deformação Tempo = infinito para um sólido elástico (De=) Tempo = 0 , para um fluido viscoso( De=0)

Reologia Dinámica ou Ensáios Oscilatórios

Resposta de um material Viscoelástico 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

Ensaios oscilatórios dinâmicos

Ensaios mecânicos dinâmicos 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 Deformação Resposta ângulo de fase d

Ensaios mecânicos dinâmicos Respostas do casos limites Resposta Puramente Viscosa (Líquido Newtoniano) Respostas puramente elástica (Sólido Hookeno)  = 90°  = 0° Tensão Tensão deformação deformação

Parâmetros Viscoelásticos : A tensão Complexa, Elástica, & Viscosa A tensão calculada numa experiência dinâmica é referida como tensão complexa * 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 ângulo de fase d Tensão Complexa * * = ' + i" deformação, 

Parâmetros Viscoelásticos Môdulo Complexo: Medida da resistência global dos materiais à deformação G* = tensão*/deformação G* = G’ + iG” Môdulo Elástico (Armazenamento): Medida da elasticidade do material. Habilidade do material para armazenar energia G' = (tensão*/deformação)cos Môdulo Viscoso (perda): Habilidade do material para perder energia. Energia perdida como calor G" = (tensão*/deformação)sen Tan Delta: Medida do componente viscosa a elástica Tan = G"/G'

Môdulo de armazenamento e perda de um Material viscoelástico SUPER Bola Perda Bola de tênis X armazenamento

tan  tan  = G"/G' G* G* = (G’2 +G”2)1/2 G" G' 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'

Varredura no tempo Deformação Tempo O material é monitorado a freqüência constante , amplitude e temperatura . Tensão ou deformação Tempo Usos Tixotropia Estudos de Cura Estabilidade frente a degradação térmica. Reação química Mudanças estruturais

Varredura de tensão s G’ G’ = f() Deformação Crítica gc Região não-linear G’ = f() 1000 100.0 região linear G’ é constante 100.0 G’ G' (Pa) osc. stress (Pa) 10.00 s Deformação Crítica gc 1.000 0.01000 0.010000 0.10000 1.0000 10.000 100.00 1000.0 % deformação

Varredura de Freqüência Deformação Mede-se a reposta do material à mudança de freqüência deformação Tempo Espectros mecânicos Estudos de estrutura

Varredura de Freqüência : Resposta do material Transition Region Rubbery Plateau Region Terminal Region Glassy Region log G'and G" 1 2 Storage Modulus (E' or G') Loss Modulus (E" or G") log Frequency (rad/s or Hz)

Espectro mecânicos G´´ G´ G` G´´ Log ( G´ou G´´) Log ( G´ou G´´) Suspensão diluida Espectro mecânicos G´´ G´ Log w( rads) Log ( G´ou G´´) Log ( G´ou G´´) G` G´´ Suspensão concentrada Log w( rads Log w( rads)

Quanto maior for G´e menor G´´ , mais estruturado se encontra o material : Maior caracter elástico em relação a componente viscoso Menor valor de tang delta A forma do espectro também da um diagnóstico da estrutura do material

Espectro mecãnico de pastas de tomate processadas a diferentes condições de temperatura e moagem

ôleo G´ G´´ Concentração de ovo=3% Estudo das propriedades viscoelásticas de emulsões de ôleo e ovo desidratado ôleo G´ G´´ Concentração de ovo=3%

Concentração de ôleo = 70% ovo G´ G´´ Concentração de ôleo = 70% Estudo das propriedades viscoelásticas de emulsões de ôleo e ovo desidratado

Amido de amaranto

Intervalo de viscoelasticidade linear à concentração de 5% Determinação de temperatura de gelatinização a concentrações de (5, 10, 15)%

Cinética de gelatinização a 68°C, concentrações de 5, 10 e 15 Módulos de armazenamento e de dissipação a 10°C e concentração de 5, 10, 15 %

Resultados