4.7 Formation – Cement – Casing (FCC) bond
4.7.3 Shear bond strength of FCC
O fluxo de líquidos através de têxteis é causado pela atração molecular da superfície das fibras dos materiais, que é principalmente determinado pela tensão superficial e pela distribuição eficaz dos poros. A transferência de líquidos através de uma estrutura porosa envolve dois processos sequênciais – molhabilidade e capilaridade (wicking). A molhabilidade é o processo inicial que envolve a propagação do fluído. Neste processo a interface fibra-líquido deixa de ser nula, como mostrado na Figura 2(a) (Yi e Qingyong, 2003).
FIGURA 2 - Transferência de líquido através de um meio poroso
As forças de equilíbrio no limite sólido-líquido são geralmente descritas pela equação de Young-Dupre dada abaixo (Kissa, 1996).
θ
γ
γ
γ
SV − SL= LVcos (2)Onde,
γ
representa a tensão interfacial entre várias combinações de sólido (S), líquido (L) e vapor (V) e θ o ângulo de contato entre a gota do líquido e a superfície do sólido que vai ser molhada. No caso de um material têxtil, as fibras representam a parte sólida.São muitos fatores que influênciam na molhabilidade de um material. O ângulo de contato é uma medida direta deste parâmetro. Um baixo ângulo de contato entre a fibra e o líquido indica uma alta molhabilidade (Kamath et al., 1994). Esta também aumenta, com a diminuição da tensão superficial entre a interface sólido-líquido. Com o aumento da rugosidade da superfície, o espalhamento da água ao longo da superfície torna-se rápido devido oferecer uma superfície rugosa com uma aparente distribuição do líquido com redução do ângulo de contato. A propriedade de um material também muda com a natureza química da superfície, que com aumento da hidrofilidade, o ângulo de contato é reduzido aumentando as propriedades de molhagem do material (Ghali, Jones e Tracy, 1994).
Quando o líquido molha a fibra, e atinge os espaços entre as fibras produz uma pressão capilar. O líquido é forçado por esta pressão e este é arrastado ao longo do capilar devido à curvatura do menisco nos limites estreitos dos poros como mostrado na figura 2(b). A magnitude da pressão capilar é dada pela equação de Laplace:
c LV
R
P= 2
γ
cosϑ
(3)Onde P é pressão capilar desenvolvida num tubo capilar de raio Rc. Uma diferença
da pressão capilar dos poros faz com que o fluido se espalhe no meio. Assim, um líquido que não molha a fibra não escorre no tecido. A distância percorrida por um líquido, que flui sob pressão capilar, nos capilares horizontais, é dada aproximadamente pela equação de Washburn-lukas (Kamath et al., 1994).
2 1 2 cos t R L c η θ γ = (4)
Onde L, é o aumento capilar do líquido no tempo t, e
η
é a viscosidade do líquido. A quantidade de líquido que atravessa os canais é diretamente proporcional ao gradiente de pressão. A pressão capilar aumenta tanto como a tensão superficial na interface sólido-líquido com a diminuição do raio capilar.A lei de Darcy (Chatterjee, 1985), é utilizada para descrever um fluxo de estado estacionário linear e lento através de um meio poroso, e é dado pela equação (5). A taxa de fluxo (Q) muda diretamente com a variação de pressão, ( P∆ ) é inversamente proporcional ao comprimento da amostra (L0) na direção do
escoamento: 0 L P K Q=− ∆ (5)
K é a constante de proporcionalidade, conhecida como a condutividade do fluxo do meio poroso em relação ao fluído. K é dependente das propriedades do fluído e da estrutura do meio poroso. A condutividade hidráulica pode ser escrita mais especificamente em termos de permeabilidade e das propriedades dos fluidos:
η
k K =
(6)
Onde k é a permeabilidade do meio poroso e é normalmente uma função da
estrutura do poro, e
η
é a viscosidade do líquido. A pressão capilar e permeabilidade são duas propriedades fundamentais usadas para prever o desempenho geral da capilaridade de um tecido (Miller, 2000).A idéia de estudar a propagação de líquidos em materiais remonta de 1950, quando Gllespie, desenvolveu um método para medir o raio de gotas em papel filtro, em intervalos de tempo fixos (Gllespie, 1958).
Como falado anteriormente o processo de espalhamento pode ser dividido em duas fases (ver figura 2) a fase l, o líquido ainda está por cima do substrato, e na
fase ll, a gota está completamente contida no substrato. Na segunda fase o líquido permeia horizontalmente através do tecido por meio de forças capilares.
Ao contrário do papel filtro, tecidos não são isotrópicos e, portanto, a área formada por um líquido derramado sobre um tecido têxtil raramente é um círculo perfeito. É, portanto, mais significativo medir a área coberta pelo líquido que se espalha. Outra dificuldade para medir a difusão de líquidos sobre substratos porosos é a velocidade com a qual o líquido se move, em especial durante a primeira fase.
Outro método com base na alteração da resistência elétrica do tecido baseado no teor de água. Aqui eles usaram seis anéis concêntricos (sensores), de tamanhos diferentes colocados em ambas às superfícies do tecido. A distância entre dois anéis consecutivos é de cinco mm, exceto o primeiro que está a 1,5mm a partir do centro. Os resultados obtidos por este método dependerá de quão perto estão os anéis concêntricos colocados e na precisão do valor da resistência elétrica (Fichet et
al.).
Para medir um fluxo de líquidos em uma estrutura fibrosa pode-se utilizar uma técnica de análise de imagem para obter a forma e a posição de um modo radial do avanço da frente líquida (Adams e Rebenfeld, 1987). Para medir a área de uma gota em um tecido têxtil em função do tempo, a área de difusão de um líquido foi fotografada em intervalos de tempo uniformes com uma câmera de foto instantânea. A área mostrando o líquido espalhado foi cortada a partir da foto, e em seguida pesada e depois seca e pesada novamente (Kissa, 1981). Outro teste de capilaridade horizontal pode ser realizado com um espectrofotômetro a fim de evitar o uso da balança. Eles determinaram o peso do líquido através da medição da diferença de profundidade da cor entre o tecido molhado e o tecido seco (Lee et al.,
2004). Diversos pesquisadores, utilizaram a análise de imagem no lugar da
utilização da balança analítica para determinar a extensão da absorção horizontal. No estudo de Morent, a progressão da frente líquida durante a absorção foi gravada com uma câmara digital e um algoritmo foi utilizado para calcular a área do tecido umedecido pelo fluído. (Morent et al., 2006) e (Perwuelz, Mondon e Caze, 2000).