Modelación de la ecuación constitutiva de suspensiones de caolín en función de la energía libre superficial del mineral

Resumen: En esta investigación se presentan los resultados experimentales y una posterior modelación matemática del efecto electroviscoso generado en suspensiones de arcillas caolinítcas. Se encuentra que este efecto electroviscoso es fuertemente gobernado por la energía libre superficial la cual es dependiente del pH de la suspensión. Además del efecto electroviscoso clásico analizado para fuerzas de cizalladura se obtiene la medida de la primera diferencia de esfuerzo normal (N1) en suspensiones de caolín, en fluido Newtoniano (agua), hecho que el autor no encontró reportado en la literatura consultada. Debido al tamaño micrométrico, forma y distribución de tamaño de las partículas de caolín, se determinó un estado de equilibrio para que la medición de la fuerza normal de las suspensiones de caolín fuera reproducible. La componente axial de la fuerza normal es registrada directamente en un reómetro rotacional convencional en estado estacionario con la geometría cono – plato de 4° y 40 mm de diámetro. La primera diferencia de esfuerzos normales, N1, dividida sobre la tasa de cizalla entrega un tipo de viscosidad denominada en esta investigación como viscosidad dilatante. Fueron analizadas geológicamente suspensiones de caolín con concentraciones volumétricas de solidos con fracciones variando desde 0,13 hasta 0,2 y compuestas por partículas con tamaños 60 μm, 40 μm y 20 μm. La viscosidad dilatante depende de los siguientes factores: (1) del líquido en que estén sumergidas las partículas de caolín, (2) de la tasa de cizalladura y (3) de la fracción volumétrica de sólidos. También se investigó el efecto del pH sobre la viscosidad dilatante y cizallante en suspensiones concentradas de caolín, para pH desde 2 hasta 12. La viscosidad dilatante y cizallante posee un comportamiento parabólico con respecto al pH de la suspension y se presenta también una forma de cuantificar la electroviscosidad en dichas suspensiones. Por último se propone una ecuación constitutiva compuesta por los esfuerzos normales y los esfuerzos cizallantes. Se presenta la modelación del esfuerzo y viscosidad dilatante y cizallante para suspensiones concentradas de caolín, en función de la tasa de cizalladura y de la concentracion volumetrica. Se modelo en tres dimensiones el esfuerzo y la viscosidad dilatante en función de la tasa de cizalladura, la concentracion de sólidos y el pH del sistema.

• Autores: Rojas Reyes, Néstor Ricardo
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2013
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/20320
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/20320; http://bdigital.unal.edu.co/10869/
• Palabra clave: 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Diferencia de esfuerzos normales; Viscosidad dilatante; Reología del caolín; Electroviscosidad; PH; Ecuación constitutiva y modelamiento; Normal stress difference; Dilatant viscosity; Rheology of kaolin; Electroviscosity; Constitutive equation and modeling
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