Efeitos Não-Newtoneanos em Polímeros

Transcrição

1 Efeitos Não-Newtoneanos em Polímeros Aula 3 Prof. Hamilton Viana

2 Introdução Durante o fluxo de: polímeros fundidos Polímeros em solução Alguns efeitos não observados em fluídos newtoneanos, podem ser percebidos: Efeito Weissenberg; Aparecimento de Vórtices na entrada de um capilar Reemaranhamento Redução da perda de carga em um tubo É importante ressaltar que tais efeitos devem-se à natureza macromolecular do polímero! 2

3 Efeitos não-newtoneanos Efeito Weissenberg Quando se gira um bastão no interior de um recipiente com polímero fundido ou em solução Se fluido newtoneano vórtex (do centro para a parede do recipiente) Para polímeros polímero (ou solução) sobe pelo bastão (da parede para o centro) Ocorre devido ao surgimento de diferenças de tensões normais Tais tensões estão associadas à orientação do fluxo anelar Para atingir a condição de equilíbrio de cadeias aleatórias, ele sobe pela parede do bastão 3

4 Efeitos não-newtoneanos 4

5 Efeitos não-newtoneanos Para fluido Newtoneano: PB > PA Para fluido não-newtoneano: PB < PA O fluxo tangencial anelar provoca tensão extra: O comportamento macromolecular dos polímeros faz com que a diferença de tensões seja: Newtoneano: τ θθ - τ rr = 0 Não-Newtoneano: τ θθ - τ rr < 0 5

6 Efeitos não-newtoneanos 6

7 Efeitos não-newtoneanos Reemaranhamento Também chamado de recoil Esquema do reemaranhamento: (a) início do fluxo (b) fluxo transiente para atingir o regime permanente. 7

8 Efeitos não-newtoneanos Reemaranhamento Também chamado de recoil Esquema do reemaranhamento: (c) regime permanente (d) Retirada do gradiente de pressão ΔP=0. 8

9 Efeitos não-newtoneanos Reemaranhamento Também chamado de recoil Esquema do reemaranhamento: (e) recuo do fluxo (f) recuo do fluxo. 9

10 Reemaranhamento Se um gradiente de pressão é aplicado o polímero flui até atingir o regime permanente. Quando o gradiente de pressão é retirado o perfil de velocidades recua O que acontece é o reemaranhamento das cadeia poliméricas que por conta do fluxo ficaram orientadas no sentido do mesmo. Ao se retirar o gradiente de pressão, a condição de equilíbrio deve ser retomada, ou seja, as cadeias devem ficar enoveladas!!! 10

11 Reemaranhamento Mesmo na tentativa de retornar à condição ideal de emaranhamento, isso não acontece totalmente, como no estado inicial, por conta dos efeitos viscosos do polímero! 11

12 Redução da perda de carga A perda de carga através do tubo: Com diâmetro D Com comprimento L Pode ser expressa: ΔP = P L P 0, onde P L : Pressão de entrada P 0 : Pressão de saída 12

13 Redução da perda de carga A perda DP se relaciona com o fator de atrito f a por: Onde: U é a velocidade média do fluído, e ρ é sua densidade 13

14 Redução da perda de carga O número de Reynolds (Re) relaciona as forças de inércia e viscosas e define se o fluxo é : Laminar Turbulento 14

15 Redução da perda de carga A perda DP se relaciona com o fator de atrito f a por: 15

16 Redução da perda de carga A perda DP se relaciona com o fator de atrito f a por: 16

17 Reemaranhamento 17

18 Reemaranhamento 18

19 Reemaranhamento Se um gradiente de pressão é aplicado o polímero flui até atingir o regime permanente. Quando o gradiente de pressão é retirado o perfil de velocidades recua O que acontece é o reemaranhamento das cadeia poliméricas que por conta do fluxo ficaram orientadas no sentido do mesmo. Ao se retirar o gradiente de pressão, a condição de equilíbrio deve ser retomada, ou seja, as cadeias devem ficar enoveladas!!! 19

20 Reemaranhamento Se um gradiente de pressão é aplicado o polímero flui até atingir o regime permanente. Quando o gradiente de pressão é retirado o perfil de velocidades recua O que acontece é o reemaranhamento das cadeia poliméricas que por conta do fluxo ficaram orientadas no sentido do mesmo. Ao se retirar o gradiente de pressão, a condição de equilíbrio deve ser retomada, ou seja, as cadeias devem ficar enoveladas!!! 20