Rheology of high solids surface size starches

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia pintaliimatärkkelysten reologista käyttäytymistä korkeissa kuiva-ainepitoisuuksissa. Tarve työn suorittamiselle syntyi kun tutkittiin pintaliimausta filminsiirtopuristimella tavallista korkeammissa kuiva-ainepitoisuuksissa, sileän sauvan ollessa applikointilaitteena. Koska applikointi sileällä sauvalla tapahtuu hydrodynaamisten periaatteiden mukaisesti, sen käyttö edellyttää pintaliimojen reologisten ominaisuuksien tarkkaa tuntemusta ja hallintaa.Kiinnostuksen kohteena olevat ominaisuudet olivat tärkkelysten kuiva-ainepitoisuuden (8 – 30 %) vaikutus viskositeettiin eri lämpötiloissa (20, 30, 40 ja 50 ºC), leikkausnopeus alueella 1 s-1 - 700 000 s-1. Myös tärkkelysten myötörajat määritettiin tutkimuksessa. Viskositeetti eri leikkausnopeusalueilla mitattiin seuraavilla laitteilla: Bohlin VOR (matalat leikkausnopeudet ja myötöraja) ja Hercules HiShear (keskitason leikkausnopeudet) reometrit sekä Eklund kapillaariviskometri (korkeat leikkausno-peudet). Analysoidut tärkkelykset olivat kaksi anionista matalaviskoottista peruna (tärkkelys A) ja ohra (tärkkelys C) tärkkelystä, sekä yksi kationinen korkeaviskoottinen peruna tärkkelys (tärkkelys B). Tutkittujen tärkkelysten Brookfield viskositeetit (100 rpm) olivat (10 % liuos, 60 °C:ssa) tärkkelys A ja C: 25 ± 5 mPas ja tärkkelys B: 100 ± 20 mPas.Tärkkelysliuosten kuiva-ainepitoisuuden noustessa muuttui virtauskäyttäytyminen Newtoniaalisesta leikkausohenevaksi. Leikkausoheneva käyttäytyminen oli voimakkainta tärkkelys B:n kohdalla. Viskositeetti – lämpötila riippuvuus korkeissa leikkausnopeuksissa (esim. 500 000 s-1) oli vähäisempää, mitä oli oletettavissa Brookfield viskositeettiarvojen perusteella. Kaikki tarkkelykset osoittautuivat tiksotrooppisiksi, myös tiksotrooppisuus lisääntyi kuiva-ainepitoisuuden kasvaessa. Tärkkelysten myötörajat osoittautuivat odottamattoman alhaisiksi, kuitenkin varsinkin tärkkelys B:n myötörajat olivat selvästi riippuvaisia lämpötilasta ja kuiva-ainepitoisuudesta. Tutkittujen tärkkelysten virtauskäyttäytyminen oli kirjallisuudessa esitetyn kaltaista. Tärkkelysmolekyylien ketjun pituus oli tärkein tärkkelyksen reologisia ominaisuuksia määrittävä tekijä; mitä matalampi on tärkkelyksen molekyylimassa, sitä matalammat ovat viskositeetti ja myötöraja. Pintaliimauksessa tärkkelysmolekyylien ketjunpituudella on suuri vaikutus ajettavuuteen ja lopputuotteen ominaisuuksiin. Haasteellista pintaliimatärkkelyksen valinnassa on sellaisen yhdistelmän löytäminen, jossa sopivan reologisen käyttäytymisen omaava tärkkelys ja pintaliimatulle paperille tai kartongille asetetut vaatimukset kohtaavat.

A simple model to describe the thixotropic behavior of paints.

We propose a simple rheological model to describe the thixotropic behavior of paints, since the classical hysteresis area, which is usually used, is not enough to evaluate thixotropy. The model is based on the assumption that viscosity is a direct measure of the structural level of the paint. The model depends on two equations: the Cross-Carreau equation to describe the equilibrium viscosity and a second order kinetic equation to express the time dependence of viscosity. Two characteristic thixotropic times are differentiated: one for the net structure breakdown, which is defined as a power law function of shear rate, and an other for the net structure buildup, which is not dependent on the shear rate. The knowledge of both kinetic processes can be used to improve the quality and applicability of paints. Five representative commercial protective marine paints are tested. They are based on chlorinated rubber, acrylic, alkyd, vinyl, and epoxy resins. The temperature dependence of the rheological behavior is also studied with the temperature ranging from 5 ºC to 35 ºC. It is found that the paints exhibit both shear thinning and thixotropic behavior. The model fits satisfactorily the thixotropy of the studied paints. It is also able to predict the thixotropy dependence on temperature. Both viscosity and the degree of thixotropy increase as the temperature decreases.

AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE PÃO COM ADIÇÃO DE FARINHA E PURÊ DA BANANA VERDE

RESUMO Banana, Musa sp,. é uma das frutas mais consumidas em todo o mundo, e o Brasil é um dos maiores produtores mundiais. A farinha de banana verde apresenta os maiores teores de amido resistente, quando comparada à banana madura. Estas características tornam a farinha de banana verde (FBV) e purê de banana verde (PBV) excelentes matérias-primas, capazes de aumentar o conteúdo de fibra alimentar (FA) nos alimentos adicionados, aumentando o apelo funcional. No presente estudo, pães foram preparados com diferentes percentuais de farinha e purê de banana verde (10%, 20% e 30%), em substituição à farinha de trigo e avaliada a qualidade do pão em função da altura, volume, rendimento, tempo de fermentação, a percentagem de umidade, cor da crosta/miolo e reologia do produto final. Não houve diferença estatisticamente significativaentre o rendimento e o teor de umidade das formulações. Pães que foram preparados com FBV e PBV resultaram em produtos mais escuros em relação ao padrão, e a luminosidade (L*) diminuiu com o aumento do nível de substituição. Pães com 10% de FBV e até 20% de PBV não diferiram estatisticamente do padrão em relação à dureza. Estes resultados sugerem a viabilidade da aplicação dessas matérias-primas (FBV e PBV) em pães, o que, em função das caracteristicas já demonstradas em pesquisas, poderá elevar o valor nutricional desse tradicional alimento.

PROPRIEDADES REOLÓGICAS DO SUCO DE BURITI (Mauritia flexuosa)

RESUMO O conhecimento do comportamento reológico de sucos de frutas tropicais é muito importante para a indústria de alimentos, uma vez que permite estabelecer condições de processamento e projetos de equipamentos relacionados à transferência de calor e massa bem como as operações unitárias envolvidas em todo o processo de obtenção. Este trabalho estudou o comportamento reológico do suco de buriti (Mauritia flexuosa). Os dados reológicos foram obtidos através de um viscosímetro rotacional com geometria de cilindros concêntricos (Brookfield, modelo DV II+). Os ensaios foram realizados em seis diferentes temperaturas (10; 20; 30; 40; 50 e 60ºC), e os resultados experimentais foram ajustados pelos modelos Lei da Potência e Mizrahi-Berk. O suco de buriti apresentou comportamento não newtoniano nas seis temperaturas. Na quantificação da viscosidade aparente (?ap), os parâmetros reológicos (K e n) foram obtidos através do ajuste do modelo Lei da Potência, que se mostrou bastante adequado na predição do comportamento reológico do suco, com coeficientes de determinação r2 > 0,99 para cinco das seis temperaturas investigadas. O produto apresentou comportamento pseudoplástico (n<1), e o índice de comportamento de fluxo decresceu com o aumento da temperatura. O efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente foi descrita pela equação de Arrhenius e discutida em termos de energia de ativação (Ea), e os valores da Ea variaram de 2,84 a 3,0 kcal/gmol para a faixa da taxa de deformação utilizada.

Modeling and manufacturability assessment of bistable quantum-dot cells

We have investigated the behavior of bistable cells made up of four quantum dots and occupied by two electrons, in the presence of realistic confinement potentials produced by depletion gates on top of a GaAs/AlGaAs heterostructure. Such a cell represents the basic building block for logic architectures based on the concept of quantum cellular automata (QCA) and of ground state computation, which have been proposed as an alternative to traditional transistor-based logic circuits. We have focused on the robustness of the operation of such cells with respect to asymmetries derived from fabrication tolerances. We have developed a two-dimensional model for the calculation of the electron density in a driven cell in response to the polarization state of a driver cell. Our method is based on the one-shot configuration-interaction technique, adapted from molecular chemistry. From the results of our simulations, we conclude that an implementation of QCA logic based on simple ¿hole arrays¿ is not feasible, because of the extreme sensitivity to fabrication tolerances. As an alternative, we propose cells defined by multiple gates, where geometrical asymmetries can be compensated for by adjusting the bias voltages. Even though not immediately applicable to the implementation of logic gates and not suitable for large scale integration, the proposed cell layout should allow an experimental demonstration of a chain of QCA cells.

Transient shear banding in time-dependent fluids

We study the dynamics of shear-band formation and evolution using a simple rheological model. The description couples the local structure and viscosity to the applied shear stress. We consider in detail the Couette geometry, where the model is solved iteratively with the Navier-Stokes equation to obtain the time evolution of the local velocity and viscosity fields. It is found that the underlying reason for dynamic effects is the nonhomogeneous shear distribution, which is amplified due to a positive feedback between the flow field and the viscosity response of the shear thinning fluid. This offers a simple explanation for the recent observations of transient shear banding in time-dependent fluids. Extensions to more complicated rheological systems are considered.

Valors típics de pH i DP del suport de tela en la pintura de cavallet

Ja fa varies decades que els conservadors-restauradors de paper van comenc;ar a tenir en compteel pH de les obres que tractaven, ja que es va veure que I'acidesa incidia molt directament en comde rapid I'objecte es debilitava mecimicament. De fet, trobem tant aviat com el 1936, una patenten registrada per OJ. Schierholtz per desacidificar el paper d'empaperar parets (Porck, 1996).La tela d'un quadre, essent un teixit fet a base de fibres vegetals compastes majoritariament perceHulosa, com les fibres del paper, és lógicament també facilment degradable si I'ambient ñes acid(te un baix pH).Sorprenentment, pero, I'acidesa de la tela deis quadres, tot i que en ocasions puntuals ha estatanalitzada (Bajocchi, 2009; Young, 1999), encara no és un parametre que es miri de forma rutinariai per tant, fins recentment, no se sabia quins eren els valors de pH més típics que pot tenir unquadre.Aquest estudi és una primera recopilació sistematica d'aquest t ipus d' in formació per a partir d'aquícrear un banc de dades que vagi recollint aquest t ipus d'informació sobre el majar nombre possiblede quadres.Si I'acidesa present en la tela ens indica com de rapid es degradara aquesta en el futur, la mesura delgrau de polimerització de la tela (DP), ens indica si la tela té una al ta o baixa resistencia mecanica enel moment actual. Així doncs, aquests dos parametres ens aporten informació molt úti l sobre I'estatde conserva ció del suportoAquesta recerca pretén respondre a les preguntes de quins són els valors de pH i DP que típicamentpodem trabar en la tela deis quadres, així com analitzar la relació entre aquests dos parametres i també la relació entre la data de producció deis quadres i els valors de pH i DP.

Valors típics de pH i DP del suport de tela en la pintura de cavallet

Ja fa varies decades que els conservadors-restauradors de paper van comenc;ar a tenir en compteel pH de les obres que tractaven, ja que es va veure que I'acidesa incidia molt directament en comde rapid I'objecte es debilitava mecimicament. De fet, trobem tant aviat com el 1936, una patenten registrada per OJ. Schierholtz per desacidificar el paper d'empaperar parets (Porck, 1996).La tela d'un quadre, essent un teixit fet a base de fibres vegetals compastes majoritariament perceHulosa, com les fibres del paper, és lógicament també facilment degradable si I'ambient ñes acid(te un baix pH).Sorprenentment, pero, I'acidesa de la tela deis quadres, tot i que en ocasions puntuals ha estatanalitzada (Bajocchi, 2009; Young, 1999), encara no és un parametre que es miri de forma rutinariai per tant, fins recentment, no se sabia quins eren els valors de pH més típics que pot tenir unquadre.Aquest estudi és una primera recopilació sistematica d'aquest t ipus d' in formació per a partir d'aquícrear un banc de dades que vagi recollint aquest t ipus d'informació sobre el majar nombre possiblede quadres.Si I'acidesa present en la tela ens indica com de rapid es degradara aquesta en el futur, la mesura delgrau de polimerització de la tela (DP), ens indica si la tela té una al ta o baixa resistencia mecanica enel moment actual. Així doncs, aquests dos parametres ens aporten informació molt úti l sobre I'estatde conserva ció del suportoAquesta recerca pretén respondre a les preguntes de quins són els valors de pH i DP que típicamentpodem trabar en la tela deis quadres, així com analitzar la relació entre aquests dos parametres i també la relació entre la data de producció deis quadres i els valors de pH i DP.

Scale-up model obtained from the rheological analysis of highly concentrated emulsions prepared at three scales

We examine the scale invariants in the preparation of highly concentrated w/o emulsions at different scales and in varying conditions. The emulsions are characterized using rheological parameters, owing to their highly elastic behavior. We first construct and validate empirical models to describe the rheological properties. These models yield a reasonable prediction of experimental data. We then build an empirical scale-up model, to predict the preparation and composition conditions that have to be kept constant at each scale to prepare the same emulsion. For this purpose, three preparation scales with geometric similarity are used. The parameter N¿D^α, as a function of the stirring rate N, the scale (D, impeller diameter) and the exponent α (calculated empirically from the regression of all the experiments in the three scales), is defined as the scale invariant that needs to be optimized, once the dispersed phase of the emulsion, the surfactant concentration, and the dispersed phase addition time are set. As far as we know, no other study has obtained a scale invariant factor N¿Dα for the preparation of highly concentrated emulsions prepared at three different scales, which covers all three scales, different addition times and surfactant concentrations. The power law exponent obtained seems to indicate that the scale-up criterion for this system is the power input per unit volume (P/V).

Phase behavior and rheological analysis of reverse liquid crystals and W/I2, W/H2 gel emulsions using an amphiphilic block copolymer.

This article reports the phase behavior determi- nation of a system forming reverse liquid crystals and the formation of novel disperse systems in the two-phase region. The studied system is formed by water, cyclohexane, and Pluronic L-121, an amphiphilic block copolymer considered of special interest due to its aggregation and structural proper- ties. This system forms reverse cubic (I2) and reverse hexagonal (H2) phases at high polymer concentrations. These reverse phases are of particular interest since in the two-phase region, stable high internal phase reverse emulsions can be formed. The characterization of the I2 and H2 phases and of the derived gel emulsions was performed with small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheometry, and the influence of temperature and water content was studied. TheH2 phase experimented a thermal transition to an I2 phase when temperature was increased, which presented an Fd3m structure. All samples showed a strong shear thinning behavior from low shear rates. The elasticmodulus (G0) in the I2 phase was around 1 order of magnitude higher than in theH2 phase. G0 was predominantly higher than the viscousmodulus (G00). In the gel emulsions,G0 was nearly frequency-independent, indicating their gel type nature. Contrarily to water-in-oil (W/O) normal emulsions, in W/I2 and W/H2 gel emulsions, G0, the complex viscosity (|η*|), and the yield stress (τ0) decreased with increasing water content, since the highly viscous microstructure of the con- tinuous phase was responsible for the high viscosity and elastic behavior of the emulsions, instead of the volumefraction of dispersed phase and droplet size. A rheological analysis, in which the cooperative flow theory, the soft glass rheology model, and the slip plane model were analyzed and compared, was performed to obtain one single model that could describe the non-Maxwellian behavior of both reverse phases and highly concentrated emulsions and to characterize their microstructure with the rheological properties.

Análisis de viabilidad técnica-económica del parque eólico Altos de Peralta

RESUMEN La energia eolica se considera una forma indirecta de energia solar. Entre el 1 y 2% de la energia proveniente del sol se convierte en viento, debido al movimiento del aire ocasionado por el desigual calentamiento de la superficie terrestre. La energia cinetica del viento puede transformarse en energia util, tanto mecanica como electrica. La energia eolica, transformada en energia mecanica ha sido historicamente aprovechada, pero su uso para la generacion de energia electrica es mas reciente, en respuesta a la crisis del petroleo y a los impactos ambientales derivados del uso de combustibles. El objetivo principal de este trabajo es hacer un analisis de viabilidad desde un punto de vista tecnico y economico de un parque eolico situado en el municipio de Barasoain (Navarra). Desde el punto de vista tecnico se han estudiado los aspectos constructivos del parque considerando sus diferentes infraestructuras de obra civil y electrica asi como los niveles de recurso eolico. En el ambito economico y financiero se han analizado los aspectos y ratios mas relevantes que definen un proyecto de estas caracteristicas asi como el modelo de financiacion elegida basada en el Project- Finance. Entre las conclusiones mas destacadas de este proyecto cabe destacar la contribucion de la construccion del parque al desarrollo social y economico de la zona donde queda ubicado contribuyendo a la creacion de puestos de trabajo, tanto en la fase de construccion como de explotacion y una perfecta armonia con condicionantes medioambientales de la zona. El analisis tecnico realizado nos indica la viabilidad tecnica del parque tanto desde el punto de vista de recurso eolico como la idoneidad para poder evacuar la energia producida. Por otro lado, los resultados obtenidos cumplen perfectamente con los estandares requeridos por los financiadores de los parques y resultando ser muy atractivos para sus accionistas

Produção de compensados de Pinus taeda L. E Pinus oocarpa Schiede com diferentes formulações de adesivo uréia formaldeído

Este trabalho teve como objetivo avaliar a qualidade de painéis compensados de Pinus taeda e de Pinus oocarpa, com 20 e 24 anos de idade, respectivamente, utilizando três diferentes formulações de adesivo uréia-formaldeído. Foram produzidos 18 painéis, com três repetições por tratamento. As formulações com maior proporção relativa de resina não influenciaram de forma conclusiva as propriedades físico-mecânicas dos painéis.Os painéis de P. oocarpa apresentaram valores médios de resistência da linha de cola, módulos de elasticidade e de ruptura superiores àqueles dos painéis de P. taeda. Os resultados das propriedades físico-mecânicas dos painéis indicaram grande potencial de utilização de lâminas de P. oocarpa para produção de compensados.

Propriedades de resistência e rigidez da madeira juvenil e adulta de Pinus taeda L.

O objetivo do presente trabalho foi o estudo da variabilidade das propriedades de resistência e rigidez à flexão estática e à densidade aparente (12%) entre a madeira juvenil e adulta de Pinus taeda L., de 37 anos de idade, procedente do Horto Florestal de Manduri, Estado de São Paulo. Na primeira parte do trabalho foram determinadas a região de madeira juvenil, a região de transição e a região de madeira adulta, por meio de estudos anatômicos (comprimento dos traqueídes axiais), segundo as recomendações das normas ABNT e IAWA. Os resultados mostraram que a região de madeira juvenil dessa espécie ocorre aproximadamente até o 18º anel de crescimento. Na segunda parte do trabalho foram analisados a resistência (módulo de ruptura - MOR) à flexão, o módulo de elasticidade (MOE) nessa mesma solicitação e a densidade aparente (12%) para as madeiras juvenil e adulta. Os resultados mostraram que o MOE e o MOR da madeira juvenil foram menores e mais variáveis que aqueles obtidos para madeira adulta. A densidade apresentou a mesma tendência observada nas propriedades avaliadas no ensaio de flexão estática.

Painéis de partículas aglomeradas de madeira de Pinus elliottii Engelm., poliestireno (PS) e polietileno tereftalato (PET)

O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades de painéis fabricados com partículas de madeira, poliestireno (PS) e polietileno tereftalato (PET). Foram utilizadas três proporções, em relação à massa seca de madeira, de poliestireno (0, 25 e 50%) e duas proporções de PET/PS (5/20 e 10/40%), combinadas com 50, 75 ou 100% de partículas de madeira de Pinus elliottii. Os painéis foram produzidos com adesivos à base de uréia-formaldeído ou de fenol-formaldeído, em três teores (0, 4 ou 6%) e três níveis de solução de poliestireno em tolueno (0 , 4 e 6%), todos calculados em relação à massa seca total dos painéis. Foram produzidos painéis de aproximadamente 400 x 400 x 10 mm, em camada única, com densidade aproximada de 0,6 g/cm³. Determinou-se a resistência dos painéis à tração perpendicular à superfície, à flexão estática (módulos de ruptura (MOR) e elasticidade (MOE)), ao arrancamento de parafusos, bem como a absorção de água e o inchamento em espessura, após 24 horas de imersão. Todas as propriedades mecânicas dos painéis foram superiores às exigidas pela norma ANSI/A 208.1-1993. Contudo, todos os painéis absorveram água em valores superiores àqueles normalmente observados em painéis comerciais. Apesar disto, o inchamento em espessura foi compatível com o dos painéis de partículas de madeira existentes no mercado. Os painéis nos quais se aplicou a solução de poliestireno foram, de modo geral, os que apresentaram os melhores valores para todas as propriedades.

Influência da idade e da posição radial na flexão estática da madeira de Eucalyptus grandis Hill ex. Maiden

Este trabalho objetivou testar a variação da flexão estática da madeira de Eucalyptus grandis, ao longo da seção radial e sob quatro diferentes idades (10, 14, 20 e 25 anos), provenientes de talhões comerciais. As amostras foram retiradas da prancha diametral, de cada uma das 16 árvores (quatro para cada idade), tomadas de quatro posições eqüidistantes (0, 33, 66 e 100%), no sentido medula-casca, com oito repetições por posição. Verificou-se que os módulos de elasticidade (MOE) e de ruptura (MOR) apresentaram valores médios de 129.230 kgf/cm² e 854 kgf/cm², respectivamente, e ambos se mostraram positivamente correlacionados com a idade e com a posição radial, no sentido medula-casca. Os maiores valores foram conseguidos nas madeiras de 20 anos de idade e localizadas na região mais próxima da casca.