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Mestrado - Elis Marina Schvan Wendt

por dirppg-ct publicado 18/02/2020 13h58, última modificação 18/02/2020 13h58
Estudo dos limites de escoamento e de viscoelasticidade linear de material com tensão limite de escoamento e tixotrópico
Quando
06/03/2020
de 09h00 até 12h00
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Sede Ecoville: EN100
Pessoa de contato
Orientador(a): Prof. Admilson T. Franco
Participantes
Orientador(a): Prof. Admilson T. Franco, Dr. - UTFPR
Coorientador(a): Prof. Rubens R. Fernandes, Msc.
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Admilson T. Franco, Dr. - UTFPR
Prof. Cezar Otaviano Ribeiro Negrão, PhD - UTFPR
Prof. Diogo Elias da Vinha Andrade, Dr. - UTFPR
Prof. Roney Leon Thompson, PhD. - UFRJ
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Resumo: Materiais com tensão limite de escoamento (TLE) e tixotrópicos como: as argilas, o petróleo parafínico e os fluidos de perfuração, possuem inúmeras aplicações industriais. Materiais com TLE são caracterizados por apresentarem comportamento predominantemente sólido para baixas solicitações mecânicas e comportamento predominantemente viscoso para altas solicitações. O limite de escoamento é usualmente utilizado para caracterizar a transição entre os estados de comportamento e pode estar relacionado com o limite de viscoelasticidade linear, que define a região em que o módulo de elasticidade dos materiais deixa de ser dependente da deformação ou tensão imposta. Poucos trabalhos da literatura avaliaram a influência da tixotropia nos limites de escoamento e de viscoelasticidade linear em materiais com TLE. Portanto, os limites de escoamento e de viscoelasticidade linear foram estudados experimentalmente a partir de diferentes testes reológicos com suspensões de bentonita, um material com TLE e tixotrópico. Foram obtidas as tensões de cisalhamento e de deformações críticas a partir de testes de curva de escoamento, reinício de escoamento, fluência, varredura oscilatória de amplitude de tensões e recuperação para diferentes tempos de repouso. As tensões de cisalhamento obtidas no teste de curva de escoamento apresentaram valor mínimo para uma taxa de deformação crítica, indicando que existe um limite máximo de ocorrência das bandas de cisalhamento. Foi proposta a metodologia para a obtenção da TLE a partir da curva de escoamento considerando a ocorrência das bandas de cisalhamento. A TLE extrapolada para o limite de baixas taxas de deformação também foi obtida. As duas maneiras para obter a TLE a partir da curva de escoamento fornecem valores de TLEs dinâmicas, associadas a tensão necessária para manter o material escoando. As TLEs dinâmicas apresentaram valores menores que as TLEs estáticas, obtidas a partir dos testes de reinício do escoamento, fluência e cruzamento dos módulos dinâmicos em uma varredura oscilatória de amplitude de tensões. As TLEs estáticas, associadas a tensão necessária para iniciar o escoamento de material previamente em repouso, aumentaram com o tempo de repouso. As deformações críticas apresentaram menos influência do tempo de repouso e do tempo característico do experimento. Os limites de viscoelasticidade linear foram obtidos a partir do cálculo da transformada de Fourier dos resultados de deformação de testes oscilatórios de varredura de amplitude de tensões. Os limites de viscoelasticidade linear apresentaram resultados semelhantes para as regiões de limite elastoplástico, onde as primeiras irreversibilidades ocorreram, obtidas pelo teste de recuperação. Conclui-se que o limite de viscoelasticidade linear e o limite de elasticidade do material estão intrinsicamente interligados. Já a região de viscoelasticidade não linear corresponde a região em que escoamento gradual acontece, onde o material sofre fluência, até atingir o limite de escoamento estático.

Palavras-chave: limite de escoamento; limite de viscoelasticidade linear; tixotropia

 

YIELS STRESS AND VISCOELASTIC LIMIT STUDY OF A TIXOTROPIC YIELD STRESS MATERIAL

Abstract: Thixotropic yield stress materials are widely found and have industrial applications such as clays, waxy crude oils and drilling fluids. Yield stress materials are characterized by presenting predominantly elastic behavior for low mechanical stress and predominantly viscous behavior for high mechanical stress. The yield stress is usually used to characterize the transition between the behavioral states and this value may be related to the linear viscoelastic limit, which defines the nonlinearity region of stress and strain amplitudes in oscillatory tests. It was found a lack in the literature of studies that evaluated the influence of thixotropy on yielding and linear to non-linear viscoelastic transition on yield stress materials. Therefore, these transitions were experimentally studied from different rheological tests with bentonite suspensions, a thixotropic yield stress material. Critical values of shear stresses and strains were obtained from flow curve, flow start-up, creep, oscillatory stress amplitude sweep and recovery experiments for different resting times. The shear stresses obtained by the flow curve test presented a minimum value for a critical shear rate, which suggests a maximum limit of the occurrence of the shear banding. It was proposed a methodology to obtain the yield stress from the flow curve taking into account the occurrence of shear banding. The yield stress extrapolated to the limit of low shear rates was also obtained. The two approaches to obtain the yield stress from the flow curve provide the dynamic yield stresses values associated with a stress required to keep the material flowing. The dynamic yield stresses presented smaller values than the static yield stresses, obtained from the experiments of flow start-up, creep and crossover of the dynamic modules in an oscillatory stress amplitude sweep. Static yield stresses work with the stresses required to initiate the flow of a previously resting material, those are increased with resting time. The results of critical strains showed less influence of resting time and the characteristic time of the experiment than the critical stresses. Linear viscoelastic limits were obtained from the Fourier transformation of the strain results of oscillatory stress amplitude sweep tests. The linear viscoelastic limits presented similar results for the elastoplastic regions, where the first irreversibility occurred, obtained by the recovery test. Thus, it was concluded that the linear viscoelastic limit and the elastic limit of the material are intrinsically linked. The nonlinear viscoelastic region corresponds to a region in which a gradual yielding occurs, where the material creeps, until it reaches the static yield stress.

Keywords: yield stress; linear viscoelastic limit; thixotropy

 

Lista de publicações: 

WENDT, E. M. S.; GOMES, L.; GALDINO, J.; FERNANDES, R. R.; FRANCO, A. T. The Influence of Storage Time on the Rheology and pH of Bentonite Suspensions. 25th International Congress of Mechanical Engeneering, p. 6, 2019.

GOMES, L.; WENDT, E. M. S.; GALDINO, J.; FRANCO, A. T. Influência do Tempo de Armazenamento e Homogeneização nas Propriedades Reológicas e pH de Suspensões de Bentonita. Encontro Nacional de Construção de Poços de Petróleo e Gás - Serra Negra, SP, 19 a 22 de agosto de 2019

WENDT, E. M. S.; GALDINO, J.; FERNANDES, R. R.; FRANCO, A. T. Resting Time Influence on the Yielding of Thixotropic Yield Stress Materials. Encontro Nacional de Construção de Poços de Petróleo e Gás - Serra Negra, SP, 19 a 22 de agosto de 2019.