[pt] Muitas suspensões de partículas se comportam como materiais tixotrópicos e estão presente em muitos processos industriais, incluindo aplicações
de revestimentos de filmes finos. Especificamente, operações de extrusão de
fluidos tixotrópicos estão envolvidos na produção de eletrodos de baterias.
Na maioria dos casos, o escoamento de suspensões de partículas é descrito
por modelos independentes no tempo, que assumem que a viscosidade como
uma função somente da taxa local de deformação local. No entanto, a viscosidade dos fluidos tixotrópicos é associada com a evolução do seu nível
de microestruturação que não muda instantaneamente com a tensão (ou
taxa de deformação). No caso da imposição de uma tensão constante (ou
taxa de cisalhamento), a microstrutura evolui até alcançar um estado de
equilíbrio, porém este processo leva tempo. Mesmo em escoamentos em regime permanente, o líquido escoa através de regiões onde tem mudanças
significativas nos níveis de tensão, sendo assim o escoamento transiente de
um ponto de vista Lagrangiano. Então, assumir que a viscosidade, em todo
ponto do escoamento, é à viscosidade em regime permanente pode gerar
uma descrição errada do escoamento. A magnitude relativa do tempo de
resposta do líquido e do seu tempo de residência torna-se num parâmetro
importante, especialmente em escoamentos em pequena escala com tempos
de residência muito curtos. O escoamento de um líquido tixotrópico através
de um microcapilar com constrição e no processo de revestimento por extrusão foram analisados aqui, usando dois modelos reológicos: um modelo
independente no tempo (TIM) e um modelo tixotrópico que leva em conta
a resposta transiente do líquido. O conjunto de equações não lineares foi
resolvido utilizando o método de Galerkin/SUPG de elementos finitos. Os
resultados mostram que o uso de um modelo simples TIM para descrever
materiais tixotrópicos, como suspensões de partículas, pode levar a erros
muito significativos na predição do comportamento de escoamento. Além
disso, os modelos independentes no tempo não têm a capacidade de predizer certos fenômenos de escoamento, como a histerese, que pode gerar
escoamentos instáveis. Essas imprecisões indicam a necessidade de usar um
modelo mais completo que considere a resposta transiente do líquido. / [en] Many particle suspensions behave as thixotropic-viscous materials
and they are present in different industrial processes, including coating
applications. Specifically, the production of battery electrodes involves slot
coating of a thixotropic liquid. In most cases, the flow of slurries and other
particle suspensions is described by using a time-independent model that
assumes the viscosity to be solely a function of the local deformation rate.
However, the viscosity of thixotropic fluids is associated to the evolution
of its microstructuring level, which does not change instantaneously with
the shear stress (or deformation rate). In the case of imposing constant
shear stress (or shear rate), the microstructure evolves until reaching an
equilibrium state; but this process takes time. Even in a steady-state flow,
the liquid flows through regions where there are significant changes in the
levels of shear stress and the flow is transient in a Lagrangian point of
view. Therefore, assuming that the viscosity at each point of the flow is the
steady-state viscosity described by a time-independent model may lead to
an inaccurate flow description. The relative magnitude of the characteristic
response time of the liquid and the residence time of the flow becomes an
important parameter. This is particularly relevant in small scale flows with
very small residence time. Flows of a thixotropic-viscous liquid through
a constricted microcapillary and in a slot coating process were analyzed
here using two rheological models: a time-independent model (TIM) and
a thixotropic model that takes into account the liquid time-dependent
response. The resulting set of fully coupled, non-linear equations was solved
by the Galerkin and SUPG Finite Element Method. The results show that
the use of a TIM to describe thixotropic viscous materials, such as some
particle suspensions, can lead to very large errors on the predicted flow
behavior. Furthermore, time-independent models are not able to predict
complex flow phenomena, like hysteresis, which could lead to unstable flows.
These inaccuracies highlight the need for a more complete model that takes
into account time-dependency of the flowing liquid in a certain range of flow
parameters.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:63138 |
| Date | 10 July 2023 |
| Creators | CARLOS EDUARDO SANCHEZ PEREZ |
| Contributors | MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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