Estudos experimentais de fluidos reoespessantes

Abstract

Os fluidos reoespessantes são um tipo de fluidos cuja viscosidade aumenta consideravelmente quando sujeitos a uma carga exterior. O estudo destes fluidos tem se desenvolvido bastante nos últimos anos, de maneira a que uma das suas potenciais aplicações em engenharia é o desenvolvimento de amortecedores e de compósitos absorvedores de energia de impacto. Com base nas necessidades de desenvolvimento sustentável globais, é cada vez mais crucial a busca de materiais sustentáveis e o seu emprego em diversos tipos de aplicações, substituindo recursos não renováveis. Nesta perspetiva, a dissertação segue no âmbito do estudo experimental de fluidos reoespessantes. Isto traduziu-se no levantamento de fluidos já existentes na literatura, juntamente com a formulação de novos compósitos verdes aprimorados pelos mesmos, avaliando as suas propriedades reológicas. Assim, pretendeu-se garantir a utilização de materiais com menor impacto ambiental, que garantam identicamente a segurança associada a aplicações de proteção e de absorção de energia. O tema foi estudado através da componente experimental, com a realização de testes dinâmicos e estáticos. Após a formulação dos novos compósitos verdes que juntam cortiça com fluidos reoespessantes, avançou-se para a parte experimental. Esta foi executada por meio da utilização de uma torre de queda para testes de impacto, onde foram realizados ensaios de maneira a observar os danos causados e a obter valores da energia absorvida pelas amostras. Seguidamente foram realizados testes quasi-estáticos dos quais foram obtidos os valores necessários para se finalizar a caracterização mecânica dos compostos. Os ensaios realizados permitiram concluir que quando a percentagem de fluido existente na amostra é superior a 20%, ocorre uma desaglomeração da mesma, fazendo com que os resultados sejam pouco interessantes e viáveis. Por outro lado, as amostras cuja percentagem de fluido é inferior à referida anteriormente apresentaram bons resultados, capazes de aguentar multi-impactos e cargas. Concluiu-se que apesar da impregnação de fluido na cortiça levar a uma diminuição da energia absorvida, permite uma possível alteração das suas propriedades mecânicas e, por consequência, uma adaptação desta a fins específicos.

Shear thickening fluids are a type of fluid whose viscosity increases considerably when subjected to an external load. The study of these fluids has developed significantly in recent years, so that one of their potential applications in engineering is the development of shock absorbers and impact energy absorbing composites. Based on global sustainable development needs, the search for sustainable materials and their use in different types of applications, replacing nonrenewable resources, is increasingly crucial. In this perspective, the dissertation follows the scope of the experimental study of shear thickening fluids. This translates into the survey of existing fluids in the literature, together with the formulation of new green composites improved by them, evaluating their rheological properties. Thus, it was intended to guarantee the use of materials with less environmental impact, which identically guarantee the safety associated with protection and energy absorption applications. The theme was studied through the experimental component, with dynamic and static tests. After the formulation of the new green composites that join cork with shear thickening fluids, the experimental part was advanced. This was performed through the use of a drop tower for impact tests, where tests were carried out in order to observe the damage caused and to obtain values of the energy absorbed by the samples. Next, quasi-static tests were performed, from which the necessary values were obtained to complete the mechanical characterization of the compounds. The tests performed allowed us to conclude that when the percentage of fluid in the sample is higher than 20%, a deagglomeration occurs, making the results not very interesting and feasible. On the other hand, the samples whose percentage of fluid is lower than that mentioned above showed good results, able to withstand multi-impacts and loads. It was concluded that although the impregnation of fluid in cork leads to a decrease in the energy absorbed, it allows a possible alteration of its mechanical properties and, consequently, an adaptation of this to specific purposes.