[pt] O processo de revestimento por extrusão é usado na
manufatura de diversos produtos. A espessura da camada de
líquido depositada é determinada pela vazão de líquido e
pela velocidade do substrato, e independe das outras
variáveis de operação do processo. Um importante limite
de
operação deste processo é a espessura mínima que pode ser
depositada sobre um substrato a uma determinada
velocidade,
geralmente chamado de limite de vazão mínima. Para
líquidos
Newtonianos, o mecanismo que define este limite é o
balanço
de forças viscosas, de capilaridade e inerciais
no escoamento. A pesar da maioria dos líquidos usados em
processos de revestimento industriais serem soluções
poliméricas ou dispersões que possuem comportamento não
Newtoniano, a maioria das análises de limites de operação
do processo de revestimento por extrusão são restritas à
líquidos Newtonianos. No caso particular de soluções
poliméricas as tensões elásticas podem alterar o balanço
de
forças em diversas regiões do escoamento e
consequentemente
os limites de operação do processo. Neste trabalho o
limite de vazão mínima no caso de líquidos não
Newtonianos
é analisado teoricamente e experimentalmente. Os modelos
constitutivos de Oldroyd-B e Giesekus, que descrevem o
comportamento de soluções poliméricas diluídas,
em conjunto com as equações de conservação de massa e
quantidade de movimento são usados para descrever o
escoamento bidimensional que ocorre no processo de
revestimento por extrusão. O sistema de equações
diferenciais foi resolvido usando o método de elementos
finitos. Os resultados mostram como as propriedades
viscoelásticas influenciam a distribuição de tensão no
escoamento e o balanço de forças nas proximidades da
superfície livre à jusante da região de deposição. / [en] Slot coating is a common method in the manufacture of a
wide variety of products. The thickness of the coated
liquid layer is set by the flow rate fed to the coating die
and the speed of the substrate, and is independent of other
process variables. An important operating limit of slot
coating is the minimum thickness that can be coated at a
given substrate speed,generally referred to as the low-
flow limit. For Newtonian liquids, the mechanism that
defines this limit balances the viscous, capillary and
inertial forces in the flow. Although most of the liquids
coated industrially are polymeric solutions and dispersions
that are not Newtonian, most of the previous analyses of
operability limits in slot coating dealt only with
Newtonian liquids. In the case of liquids made non-
Newtonian by polymer viscoelasticity, stresses can alter
the force balance in various parts of the coating bead and
consequently the onset of instability. In this work, the
low-flow limit in cases of non-Newtonian liquids is
examined by both theory and experiment. The Oldroyd-B and
Giesekus constitutive equations that approximate
viscoelastic behavior of polymer solutions were used,
together with momentum and continuity equations, to model
two-dimensional flow in the downstream part of a slot
coating bead. The equation system was solved with the
Finite Element Method. The results show how the viscoelastic
properties can affect the stress field in the liquid and
the force balance near and at the downstream meniscus,
thereby illustrating how non-Newtonian behavior can alter
the flow instabilities that determine the coating window of
slot coating. The flows themselves were visualized by video
microscopy and the low-flow limit was found by observing,
at given substrate speed, the feed rate at which the flow
becomes unstable. Different solutions of low molecular
weight polyethylene glycol and high molecular weight
polyethylene oxide in water were used in order to evaluate
the effect of mildly viscoelastic behavior on the process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:4022 |
| Date | 21 October 2003 |
| Creators | OLDRICH JOEL ROMERO GUZMAN |
| Contributors | MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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