Rheology of ferrofluids in shear flows

Abstract

Nesta dissertação de mestrado, o comportamento reológico de dois ferrofluidos comerciais, EFH1 e EFH3, produzidos pela Ferrotec, é caracterizado experimentalmente através do uso de um reômetro de discos paralelos equipado com uma célula magnética. Os ferrofluidos utilizados variam somente na fração volumétrica de partículas magnéticas (magnetita) que contém. As amostras dos dois ferrofluidos são testadas de acordo com três metodologias. A primeira refere-se aos ensaios em regime de cisalhamento perma- nente na presença de campo magnético, através do qual examina-se o comportamento da viscosidade aparente e da tensão de cisalhamento dos ferrofluidos em função da intensi- dade do campo magnético, da taxa de cisalhamento e da fração volumétrica de partículas do fluido complexo. Isto permite a verificação da aderência do comportamento reológico de tais fluidos aos modelos de fluido newtoniano generalizado. 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 ex- perimental obtiveram-se, para os diferentes ferrofluidos, suas funções relaxação de tensão dependentes tanto da intensidade campo magnético como da intensidade do impulso apli- cado, com base nelas, efetuaram-se o cálculo de seus tempos de relaxação. Verificou-se também que a tensão de cisalhamento não relaxa para zero em ferrofluidos quando na presença de um campo magnético, mas sim para uma tensão residual a qual foi avaliada tanto em função da intensidade do campo, quanto da intensidade do escoamento. A ter- ceira metodologia refere-se a testes com cisalhamento oscilatório na presença de campo magnético, em regime de viscoelasticidade linear, no qual obtiveram-se os módulos vis- coelásticos dos ferrofluidos em função da frequência e da intensidade do campo magnético para uma condição de pequenas deformações. É mostrada, para ambos ferrofluidos, a dependência da frequência característica de transição de um comportamento predomi- nantemente dissipativo para um majoritariamente elástico em relação à intensidade do campo magnético aplicado. Verificações de compatibilidade entre o módulo viscoso e a viscosidade aparente para valores iguais de frequência e taxa de cisalhamento são real- izadas e, com base nisso, a primeira diferença de tensões normais é calculada usando a regra de Laun.