Author(s):
Dinis, Tânia Catarina Santos
Date: 2013
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10198/9232
Origin: Biblioteca Digital do IPB
Project/scholarship:
info:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876-PPCDTI/PTDC%2FSAU-BEB%2F105650%2F2008/PT;
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Subject(s): Fluidos reoespessantes; Polipropileno Glicol; Sílica fumada; Esponjas; Microcanais; Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD)
Description
Os fluidos reoespessantes (STF) são um tipo de fluido que aumenta a sua viscosidade quando é submetido a uma determinada força exterior, sendo uma das suas potenciais aplicações o desenvolvimento de compósitos absorvedores de energia de impacto. O objectivo principal deste trabalho consistiu em esclarecer e compreender o mecanismo de absorção de energia de materiais porosos quando são preenchidos com fluidos reoespessantes. Para esse fim, desenvolveram-se espumas protetoras baseadas em esponjas de maquilhagem preenchidas a 25% de STF do seu volume vazio. O fluido utilizado consiste numa suspensão de partículas de sílica fumada (SiO2), com diâmetro compreendido entre 200 e 300 [μm], em polipropileno glicol (PPG) (Mw=400 [g/mol]) a três concentrações diferentes: 5%, 10% e 15% [w/w]. Numa primeira fase, realizaram-se estudos de reometria de corte e obtiveram-se as curvas de viscosidades destes fluidos sendo que o comportamento reoespessante é maior quanto maior a concentração de SiO2. Seguidamente, foram realizados testes de impacto nas esponjas reticuladas que permitiram confirmar que a energia dissipada no impacto é maior quando preenchidas com o fluido de 15% [w/w] de partículas de sílica. Numa segunda fase, desenvolveram-se por intermédio da técnica de Xurografia suave, microcanais consistindo numa expansão/contração/expansão com diferentes dimensões, de forma a simular os diversos tipos de poros. Por intermédio de um sensor foram medidas as quedas de pressão devidas ao escoamento do fluido reoespessante no interior da esponja, com o intuito de as relacionar com a energia dissipada. Finalmente, foram realizadas simulações numéricas para comparar os resultados das quedas de pressão ao longo dos microcanais com os valores experimentais.
Shear thickening fluids (STF) are a type of fluid which increases its viscosity when subjected to an external force, and the development of impact absorber composites is one of the most potential applications of these fluids. The aim of this work was to understand the absorbing energy mechanism of porous media materials filled with STF. To that end, protective foams based make up sponges filled with to 25% of the empty volume of the foam were developed. The STF used consist of fumed silica particles (SiO2) with a diameter between 200 and 300 [μm], in polypropylene glycol (PPG-Mw=400 [g/mol]) at three different concentrations: 5%, 10% e 15% [w/w]. In a first phase, viscosity curves of the fluids were obtained by means of a shear rotational rheometer, showing the three samples a shear-thickening behavior which increases as the concentrations of SiO2 increases. Additionally, impact tests were performed in reticulated sponges that allow us to confirm that the dissipated energy in an impact is greater when filled with fluid 15% [w/w] of silica particles. In a second phase, micro-channels with an expansion/contraction/expansion and different sizes were developed, using soft-Xurography technique. Pressure drops were carried out in order to relate the dissipated energy with the pressure drop along the micro-channel. Finally, numerical simulations (CFD) were performed and the results of the pressure drop along the micro-channel were compared with the experimental values.
