Caracterização das propriedades mecanicas e reologicas de fluidos eletro-reologicos (FER)
Sheila Lopes Vieira
TESE
Português
T/UNICAMP V673c
Campinas, SP : [s.n.], 1996.
195 f. : il.
Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Resumo: Em 1947, Willis Winslow relatou que certas suspensões, com sílica gel em óleo mineral,
apresentavam um aumento na resistência ao cisalhamento quando submetidas à ação de campos elétricos da ordem de 4 kV/mm. Na época, várias empresas reconheceram a valor científico da descoberta,... Ver mais Resumo: Em 1947, Willis Winslow relatou que certas suspensões, com sílica gel em óleo mineral,
apresentavam um aumento na resistência ao cisalhamento quando submetidas à ação de campos elétricos da ordem de 4 kV/mm. Na época, várias empresas reconheceram a valor científico da descoberta, vislumbrando rapidamente sua utilização em transmissores de torque e em sistemas de amortecimento. Entretanto, devido à natureza abrasiva dos fluidos eletro-reológicos (ER) existentes, esses esforços foram quase que totalmente frustrados, diminuindo o interesse pelo assunto. Somente a partir de 1967 é que o tópico ressurgiu na Grã-Bretanha, voltando a ser tema de pesquisas. Em toda a literatura os fluidos ER têm sido caracterizados
como se fossem líquidos muito viscosos; porém, neste trabalho eles serão analisados como sólidos. Para isso foram estudados dois tipos de fluidos eletro-reológicos (FER): um à base de amido em fluido de silicone e outro com CMC em fluido de silicone. Foram determinadas suas propriedades mecânicas por meio de ensaios mecânicos (tração, compressão, fadiga e cisalhamento) e suas propriedades reológicas através de testes rotacionais. As amostras analisadas tinham concentrações de 10 a 40% em peso, as viscosidades do fluido-suporte foram de 100, 500 e 1000 cSt; variou-se o campo elétrico de Oa 4 kV/mm, e a temperatura
para os ensaios mecânicos foi a ambiente, enquanto que para os testes rotacionais variou de 10 a 50°C. Por meio dos resultados obtidos concluiu-se que fluidos à base de CMC apresentam um melhor desempenho eletro-reológico que fluidos com amido e que os materiais ER são mais resistentes à compressão, depois à tração e por último ao cisalhamento. Mais precisamente, fluidos ER à base de CMC apresentaram módulo de elasticidade da mesma ordem de grandeza que o da borracha, limite de resistência à tração de 600 a 104vezes menor que o do polietileno, tensão mínima de escoamento estática da ordem de 104vezes menor que
a do ABS e vida em fadiga da mesma ordem de grandezaa que a de alguns polímeros como polietileno e polipropileno. Além disso, como ilustração de um aplicativo mecânico, foi construida uma embreagem ER e determinado seu torque total Ver menos
apresentavam um aumento na resistência ao cisalhamento quando submetidas à ação de campos elétricos da ordem de 4 kV/mm. Na época, várias empresas reconheceram a valor científico da descoberta,... Ver mais Resumo: Em 1947, Willis Winslow relatou que certas suspensões, com sílica gel em óleo mineral,
apresentavam um aumento na resistência ao cisalhamento quando submetidas à ação de campos elétricos da ordem de 4 kV/mm. Na época, várias empresas reconheceram a valor científico da descoberta, vislumbrando rapidamente sua utilização em transmissores de torque e em sistemas de amortecimento. Entretanto, devido à natureza abrasiva dos fluidos eletro-reológicos (ER) existentes, esses esforços foram quase que totalmente frustrados, diminuindo o interesse pelo assunto. Somente a partir de 1967 é que o tópico ressurgiu na Grã-Bretanha, voltando a ser tema de pesquisas. Em toda a literatura os fluidos ER têm sido caracterizados
como se fossem líquidos muito viscosos; porém, neste trabalho eles serão analisados como sólidos. Para isso foram estudados dois tipos de fluidos eletro-reológicos (FER): um à base de amido em fluido de silicone e outro com CMC em fluido de silicone. Foram determinadas suas propriedades mecânicas por meio de ensaios mecânicos (tração, compressão, fadiga e cisalhamento) e suas propriedades reológicas através de testes rotacionais. As amostras analisadas tinham concentrações de 10 a 40% em peso, as viscosidades do fluido-suporte foram de 100, 500 e 1000 cSt; variou-se o campo elétrico de Oa 4 kV/mm, e a temperatura
para os ensaios mecânicos foi a ambiente, enquanto que para os testes rotacionais variou de 10 a 50°C. Por meio dos resultados obtidos concluiu-se que fluidos à base de CMC apresentam um melhor desempenho eletro-reológico que fluidos com amido e que os materiais ER são mais resistentes à compressão, depois à tração e por último ao cisalhamento. Mais precisamente, fluidos ER à base de CMC apresentaram módulo de elasticidade da mesma ordem de grandeza que o da borracha, limite de resistência à tração de 600 a 104vezes menor que o do polietileno, tensão mínima de escoamento estática da ordem de 104vezes menor que
a do ABS e vida em fadiga da mesma ordem de grandezaa que a de alguns polímeros como polietileno e polipropileno. Além disso, como ilustração de um aplicativo mecânico, foi construida uma embreagem ER e determinado seu torque total Ver menos
Abstract: In 1947, Willis Winslow studied some suspensions made of silica gel in mineral oil. He observed that they had an enhancement in shear when submitted to an electric field of about 4 kV/mm. Many companies recognized the scientific value of the discovery with an application in torque...
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Abstract: In 1947, Willis Winslow studied some suspensions made of silica gel in mineral oil. He observed that they had an enhancement in shear when submitted to an electric field of about 4 kV/mm. Many companies recognized the scientific value of the discovery with an application in torque transmisssion and damping systems in mind. However, because of the abrasive nature of the existing ER fluids, the efforts were frustrated and these studies were postponed. Only in 1967 the topie ressurged in Great-Britain. Sinee then, electro-rheological fluids (ERF) have been studied as if they were extremely viscous liquids. In this work,
however, they were characterized as solids and two different electrorheological fluids were studied: one of them was made of starch in silicone fluid and the other one was composed of carboxymethilcelulose (CMC) in silicone fluid.Their mechanical properties were determined by mechanical testing (tensile, compression, fatigue and shear) and their rheological properties were obtained by steady shear tests in a couette rheometer. The concentration of the samples ranged from 10 to 40 w%; the silicone fluid viseosities were 100, 500 and 1000 cSt
and the electric field varied from 0 to 4 kV/mm. The mechanical testings were carried out at room temperature and steady shear tests temperature ranged from 10 to 50°C. Given the results it can be concluded that fluids made of CMC have a better performance than those made of starch, and also that ER materiaIs are more resistent to compression, tensiIe and shear, in this order. More precisely, fluids made of CMC had elasticity modulus in the same order of that of rubber, they had tensile strength 600 to 104 times as lesser as that of polyethilene, static yield stress 104 times as lesser as that of ABS and fatigue life of the same order of some
polymers like polyethilene and polypropilene. Also, just for an illustration of a mechanical device, an ER clutch was built and its torque was determined. Ver menos
however, they were characterized as solids and two different electrorheological fluids were studied: one of them was made of starch in silicone fluid and the other one was composed of carboxymethilcelulose (CMC) in silicone fluid.Their mechanical properties were determined by mechanical testing (tensile, compression, fatigue and shear) and their rheological properties were obtained by steady shear tests in a couette rheometer. The concentration of the samples ranged from 10 to 40 w%; the silicone fluid viseosities were 100, 500 and 1000 cSt
and the electric field varied from 0 to 4 kV/mm. The mechanical testings were carried out at room temperature and steady shear tests temperature ranged from 10 to 50°C. Given the results it can be concluded that fluids made of CMC have a better performance than those made of starch, and also that ER materiaIs are more resistent to compression, tensiIe and shear, in this order. More precisely, fluids made of CMC had elasticity modulus in the same order of that of rubber, they had tensile strength 600 to 104 times as lesser as that of polyethilene, static yield stress 104 times as lesser as that of ABS and fatigue life of the same order of some
polymers like polyethilene and polypropilene. Also, just for an illustration of a mechanical device, an ER clutch was built and its torque was determined. Ver menos
Arruda, Antonio Celso Fonseca de, 1948-
Orientador
Duarte Filho, Oswaldo Baptista
Avaliador
Santana, Cesar Costapinto, 1948-
Avaliador
Ferreira, Itamar, 1952-
Avaliador
Santos, Rezende Gomes dos, 1947-
Avaliador
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Sheila Lopes Vieira
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