Tese e Dissertação

Tese: Slot coating flows of elliptical particle suspensions

O revestimento de substratos por extrusão é um dos métodos mais utilizados para obter uma camada de líquido fina e uniforme sobre um substrato móvel. Dependendo da aplicação do produto final, o líquido utilizado no revestimento é uma suspensão de partículas, de modo que o filme apresente uma microestrutura adequada para sua funcionalidade. Contudo, a interação entre as partículas dispersas e o escoamento gera uma distribuição não uniforme na concentração e alinhamento da fase dispersa. O entendimento desse problema e seu impacto em processos de revestimento não são bem compreendidos. Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho é estudar o processo de revestimento de substratos por extrusão com suspensões de partículas alongadas, investigando a distribuição e alinhamento das partículas no escoamento, especialmente na região do filme. A suspensão é composta por partículas elípticas dispersas em um solvente Newtoniano, e sua viscosidade é dada como uma função da concentração local e da razão de aspecto das partículas. A migração de partículas é descrita matematicamente pelo Modelo de Fluxo Difusivo, e sua orientação média é dada pela direção principal de um tensor conformação. A orientação média das partículas e o tensor conformação são utilizados para definir uma tensão viscosa anisotrópica adicional. A evolução do tensor conformação no escoamento e a equação constitutiva para a tensão adicional são adaptadas de modelos clássicos tipicamente utilizados para descrever o comportamento de suspensões de esferoides, cilindros e fibras, e de polímeros com moléculas rígidas. O modelo matemático completo é aplicado ao escoamento de revestimento por extrusão, e o sistema não linear resultante é resolvido utilizando uma variação do Método dos Elementos Finitos (DEVSS/G-SUPG FEM). Os resultados mostram que o filme formado no processo é altamente anisotrópico, apresentando uma distribuição não uniforme de concentração e alinhamento de partículas ao longo de sua espessura dependendo dos parâmetros operacionais do processo, como a vazão e o número de capilaridade do escoamento.

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