Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2019.Nesta dissertação de mestrado, o comportamento reológico de dois ferrofluidos
comerciais, EFH1 e EFH3, produzidos pela Ferrotec, é caracterizado experimentalmente
através do uso de um reômetro de discos paralelos equipado com uma célula magnética.
Os ferrofluidos utilizados variam somente na fração volumétrica de partículas magnéticas
(magnetita) que contém. As amostras dos dois ferrofluidos são testadas de acordo com
três metodologias. A primeira refere-se aos ensaios em regime de cisalhamento perma-
nente na presença de campo magnético, através do qual examina-se o comportamento da
viscosidade aparente e da tensão de cisalhamento dos ferrofluidos em função da intensi-
dade do campo magnético, da taxa de cisalhamento e da fração volumétrica de partículas
do fluido complexo. Isto permite a verificação da aderência do comportamento reológico
de tais fluidos aos modelos de fluido newtoniano generalizado. A segunda metodologia
diz respeito aos ensaios experimentais com escoamentos do tipo transiente, em regime
de impulso de deformação na presença de campo magnético. A partir desta análise ex-
perimental obtiveram-se, para os diferentes ferrofluidos, suas funções relaxação de tensão
dependentes tanto da intensidade campo magnético como da intensidade do impulso apli-
cado, com base nelas, efetuaram-se o cálculo de seus tempos de relaxação. Verificou-se
também que a tensão de cisalhamento não relaxa para zero em ferrofluidos quando na
presença de um campo magnético, mas sim para uma tensão residual a qual foi avaliada
tanto em função da intensidade do campo, quanto da intensidade do escoamento. A ter-
ceira metodologia refere-se a testes com cisalhamento oscilatório na presença de campo
magnético, em regime de viscoelasticidade linear, no qual obtiveram-se os módulos vis-
coelásticos dos ferrofluidos em função da frequência e da intensidade do campo magnético
para uma condição de pequenas deformações. É mostrada, para ambos ferrofluidos, a
dependência da frequência característica de transição de um comportamento predomi-
nantemente dissipativo para um majoritariamente elástico em relação à intensidade do
campo magnético aplicado. Verificações de compatibilidade entre o módulo viscoso e a
viscosidade aparente para valores iguais de frequência e taxa de cisalhamento são real-
izadas e, com base nisso, a primeira diferença de tensões normais é calculada usando a
regra de Laun.In this master’s dissertation, the rheological behavior of two commercial ferroflu-
ids, EFH1 and EFH3, produced by Ferrotec, is experimentally characterized through the
use of a parallel disc rheometer equipped with a magnetic cell. The ferrofluids used vary
only in the volume fraction of magnetic particles (magnetite) it contains. Samples of both
ferrofluids are tested according to three methodologies. The first one refers to tests in
permanent shear regime in the presence of magnetic field, through which the behavior of
the apparent viscosity and of the shear stress of the ferrofluids is analyzed as a function
of magnetic field intensity, shear rate and of the volumetric fraction of particles of the
complex fluid. This permits the verification of the adherence of the rheological behavior
of such fluids to the generalized Newtonian fluid models. The second methodology con-
cerns the experimental tests with transient flow under step-strain regime in the presence
of magnetic field. From this experimental analysis it has been obtained, for the different
ferrofluids, their stress relaxation functions dependent on both the magnetic field intensity
and the applied impulse intensity. Based on them, their relaxation times were calculated.
It was also found that the shear stress does not relax to zero in ferrofluids when sub-
jected to an external magnetic field, but rather it relaxes to a residual stress which was
evaluated as a function of both field strength and yield strength. The third methodology
refers to tests with oscillatory shear, in the presence of magnetic field, and under a linear
viscoelastic regime. From this tests, it has been obtained the viscoelastic modules of the
ferrofluids as functions of frequency and intensity of the magnetic field, for a condition of
small deformations. It is shown, for both ferrofluids, the dependence of the characteristic
transition frequency as a function of the intensity of the magnetic field. This frequency
marks the change from a predominantly dissipative to a mostly elastic behavior of the
complex fluids. Compatibility checks between the viscous modulus and apparent viscos-
ity for equal frequency and shear rate values are performed, and based on this, the first
difference of normal stresses is calculated using Laun’s rule