Micro e Macro Reologia de Fluidos Complexos Passivos e Ativos com Estrutura Anisotrópica
anisotropia; viscosidade aparente; fluidos complexos; emulsões magnéticas; microestrutura; comportamento não newtoniano; reologia
Este trabalho investiga a reologia e a microestrutura de duas classes de fluidos complexos: emulsões magnéticas ativas compostas por gotas de ferrofluido dispersas em uma fase contínua de glicerol--água, e fluidos iônicos passivos baseados em sistemas TBAB/TBAC ricos em glicerol. O principal objetivo é estabelecer relações quantitativas entre a microestrutura evolutiva e a resposta reológica macroscópica sob cisalhamento, forçamento oscilatório, variações de temperatura e campos magnéticos externos. Para as emulsões magnéticas, os resultados demonstram que a distribuição do tamanho de gotas, a polidispersidade, a tensão interfacial e a intensidade do campo magnético influenciam fortemente a viscosidade aparente e a resposta viscoelástica, mesmo em baixas frações volumétricas da fase dispersa. Sob a ação de campos magnéticos, formam-se agregados anisotrópicos do tipo cadeia, produzindo comportamento fortemente shear-thinning e efeitos elásticos residuais associados à anisotropia estrutural induzida pelo campo. Um aspecto central da tese é o desenvolvimento e a análise de um modelo constitutivo tensorial anisotrópico cujos coeficientes materiais, nas vizinhanças do equilíbrio (regime de baixas taxas de cisalhamento), dependem tanto da razão de anisotropia (L/a) quanto da fração volumétrica de partículas (ou comprimento adimensional das cadeias). Ênfase particular é dada ao acoplamento entre a equação constitutiva e a evolução temporal da orientação média das cadeias sob a ação de campos externos e condições de escoamento. O trabalho também inclui estratégias de implementação computacional e modelagem numérica voltadas à análise e validação do arcabouço teórico proposto frente aos resultados experimentais. Para os fluidos iônicos baseados em TBAB, o estudo examina a transição entre estados homogêneos semelhantes a líquidos e fases parcialmente estruturadas ou ricas em cristais, destacando os efeitos da composição, temperatura e taxa de cisalhamento sobre a viscosidade, viscoelasticidade e relaxação estrutural. De maneira geral, os resultados estabelecem sistemas modelo experimentais e teóricos robustos para investigar como microestruturas anisotrópicas e evolutivas governam a reologia de fluidos complexos passivos e ativos.