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O Efeito Weissenberg (fluidos)

1947
  • Karl Weissenberg
Pesquisador demonstrando o Efeito Weissenberg com fluido viscoelástico em um laboratório.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O efeito Weissenberg é um fenômeno que ocorre em fluidos viscoelásticos, no qual o fluido sobe por uma haste rotativa inserida nele. Isso é contrário ao comportamento dos fluidos newtonianos, que são empurrados para fora por uma força externa. força centrífuga, formando um vórtice. O efeito é causado pela normal stress diferenças que se desenvolvem no fluido sob cisalhamento.

O efeito Weissenberg é uma consequência direta da natureza elástica de certos materiais. não-newtoniano fluidos. Quando um fluido simples como a água é submetido a cisalhamento entre uma haste rotativa e um recipiente estacionário, os elementos do fluido são esticados na direção do fluxo (a direção tangencial). Em um fluido newtoniano puramente viscoso, isso resulta em tensão de cisalhamento mas não há tensão perpendicular (normal) ao plano de cisalhamento. No entanto, em um fluido viscoelástico, como uma solução polimérica, as longas cadeias de polímero resistem a esse estiramento, criando uma tensão elástica ao longo das linhas de fluxo curvas, muito semelhante a elásticos esticados.

Essa tensão cria uma “tensão circunferencial” que atua para dentro, em direção ao centro de rotação. Essa força direcionada para dentro gera um gradiente de pressão, empurrando o fluido para cima na haste rotativa, que é o caminho de menor resistência. A magnitude desse efeito está relacionada à primeira diferença de tensão normal, [latex]N_1 = tau_{ hetatheta} – tau_{rr}[/latex], um parâmetro chave em reologia que quantifica a elasticidade do fluido. O efeito Weissenberg é uma poderosa demonstração visual da elasticidade de fluidos e um conceito fundamental no estudo de polímeros fundidos e em solução.

UNESCO Nomenclature: 2210
Mecânica

Tipo

Fenômeno físico

Interrupção

Substancial

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • Desenvolvimento da teoria da viscoelasticidade
  • Estudos sobre soluções de polímeros e seus comportamentos de fluxo incomuns
  • Invenção do reômetro de cone e placa por Weissenberg, que possibilitou a medição de tensões normais.

Aplicações

  • Caracterização das propriedades viscoelásticas de polímeros em reômetros.
  • Projeto de misturadores para materiais viscoelásticos, como massa de pão ou polímeros fundidos.
  • Compreendendo as instabilidades de fluxo no processamento de polímeros
  • auxiliando no projeto de bombas para fluidos não newtonianos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • self-centering bearings using viscoelastic lubricants
  • pumpless fluid transport systems driven by rotating surfaces
  • novel mixing devices that use rod-climbing to enhance vertical blending
  • sensors for detecting polymer concentration based on the height of the climb
  • artistic installations featuring dynamic fluid sculptures
  • centrifugal separators that exploit normal stresses to separate particles
  • soft robotics actuators based on controlled normal stress effects
  • downhole tools for oil extraction that use the effect to manage fluid flow
Relacionado a: efeito Weissenberg, escalada de haste, viscoelasticidade, tensão normal, reologia, polímeros fundidos, não-newtoniano, tensão circunferencial.

Contexto histórico

O Efeito Weissenberg (fluidos)

1933
1937
1940
1947
1950
1950
1950
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950
1950
1950

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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