Aspectos da Reometria

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Micaela Sales Marreiro
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1 Aspectos da Reometria Aula 2 Prof. Hamilton Viana

2 A lei básica A medida de viscosidade dos líquidos requer: definição dos parâmetros envolvidos no fluxo. Devem-se encontrar condições adequadas de teste para: medida das propriedades do fluxo Objetivamente Com reprodutividade

Devem-se encontrar condições adequadas de teste para:

3 A lei básica Newton foi o primeiro a expressar a lei básica da visco simetria, descrevendo o comportamento de fluxo de um líquido ideal: = η τ = η Tensão de cisalhamento = viscosidade. taxa de cisalhamento [2]

4 Tensão de cisalhamento Uma força F aplicada tangencialmente em uma área A, A área A é a interface entre a placa superior e o líquido abaixo, gera um fluxo na camada líquida; A velocidade do fluxo que pode ser mantida com uma força constante é controlada pela resistência interna do líquido (viscosidade): τ = F( força) A( área) = N( Newton) m² = Pa[ Pascal]

velocidade do fluxo que pode ser mantida com uma força constante é controlada pela

5 Taxa de cisalhamento A tensão de cisalhamento (τ) conduz o líquido para perfil de fluxo especial; A velocidade máxima do fluxo (v máx ) se encontra na camada superior (figura).

6 Taxa de cisalhamento A velocidade diminui no corpo de prova até chegar a zero No fluxo laminar, uma camada infinitamente fina de líquido desliza sobre a outra, O gradiente de velocidade na amostra é a taxa de cisalhamento é definido como uma diferencial (velocida-de pela distância y).

desliza sobre a outra, O gradiente de velocidade na amostra é a taxa de

7 Taxa de cisalhamento Antes de usar o símbolo ", Usava-se a letra "D" para indicar taxa de cisalhamento.

8 Viscosidade dinâmica Rearranjando a equação Vem: τ a viscosidade dinâmica η é dada em: = η τ η = η = N.s/m² = Pa. s

9 Viscosidade cinemática Se líquidos Newtonianos são analisados por viscosímetros capilares (Ubbeholde ou Cannon Fenske) a viscosidade é determinada com a unidade de viscosidade cinemática (ν); A força da gravidade age como força motriz;

Cannon Fenske) a viscosidade é determinada com a unidade

10 Viscosidade cinemática A densidade (ρ)da amostra é um parâmetro necessário para converter viscosidade dinâmica (η) em viscosidade cinemática (ν):

11 Curvas de viscosidade e de fluxo A correlação entre tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento: define o comportamento de fluxo de um líquido; é mostrada graficamente em um diagrama: τ na ordenada (eixo y) na abscissa (eixo x) Este diagrama é chamado de "curva de fluxo".

de um líquido; é mostrada graficamente em um diagrama: τ na ordenada

12 Curvas de viscosidade e de fluxo O tipo mais simples de uma curva de fluxo: A viscosidade na equação é assumida como constante e independente de.

13 Curvas de viscosidade e de fluxo Um outro tipo de curva bastante comum é a curva dfe viscosidade:

14 Parâmetros de viscosidade Viscosidade: É a propriedade física de um líquido de resistir ao fluxo induzido pelo cisalhamento, pode depender de seis parâmetros independentes: η = função de S, T, P,, t, E

fluxo induzido pelo cisalhamento, pode depender de

15 Parâmetros de viscosidade S - denota a natureza físicoquímica de uma substância: se o líquido é água, óleo, mel ou um polímero fundido, etc. T - está relacionado à temperatura da substância: A experiência mostra que a viscosidade é fortemente influenciada por mudanças na T a viscosidade de um óleo mineral sofre um decréscimo de 10% para um aumento de temperatura de apenas 1 C.

T - está relacionado à temperatura da substância: A experiência mostra que a viscosidade é

16 Parâmetros de viscosidade P - de "pressão", não é tão testado quanto a temperatura. pressão comprime os fluidos, aumenta a resistência intermolecular; líquidos e gases são compressíveis sob a influência de altas pressões crescimento da pressão tende a aumentar a viscosidade.

pressão comprime os fluidos, aumenta a resistência intermolecular;

17 Parâmetros de viscosidade ο - "taxa de cisalhamento" é um fator decisivo que influencia a η de muitos líquidos; o O aumento da taxa de cisalhamento pode diminuir ou aumentar a viscosidade; o t - "tempo", indica a dependência da viscosidade de algumas substâncias (geralmente dispersões) do tempo ao qual uma substância foi submetida ao cisalhamento contínuo o ou se foi mantida parada antes de ser analisada.

indica a dependência da viscosidade de algumas substâncias (geralmente dispersões) do tempo ao qual

18 Parâmetros de viscosidade E - "campo elétrico : relacionado com uma família de suspensões cujo comportamento de fluxo é muito influenciado pela magnitude de campo elétrico atuante Essas suspensões são chamadas de: "fluidos eletroviscosos" (EVF) ou "fluidos eletroreológicos" (ERF) Contêm partículas dielétricas dispersas: silicatos de alumínio em líquidos eletrocondutivos (como a água, que pode ser polarizada em um campo elétrico). EVF s podem ter suas η mudadas instantânea e reversivelmente de um baixo nível para um alto nível de viscosidade EVFs possuem um grande potencial reológico ainda não explorado

partículas dielétricas dispersas: silicatos de alumínio em líquidos eletrocondutivos (como a água, que pode ser polarizada em um campo elétrico).

19 Parâmetros de viscosidade Recentemente, têm sido pesquisados fluidos que contêm partículas que podem se magnetizar em um campo eletromagnético O resultado é uma forte mudança na viscosidade. Fluidos magneto-reológicos (MRF) são tecnicamente uma alternativa para ERFs.

eletromagnético O resultado é uma forte mudança na viscosidade.

20 Líquidos Newtoneanos Do conceito do número de Deborah: líquidos Newtonianos = líquidos que exibem um "comportamento de fluxo Newtoniano" em determinadas condições de: tensão de cisalhamento ou taxa de cisalhamento. Newton assumiu que: o gráfico equivalente da equação [2] para um líquido ideal seria uma linha reta: com início na origem da curva de fluxo, esta reta subiria com uma inclinação de ângulo α.

21 Líquidos Newtoneanos Qualquer ponto desta reta define pares de valores para τ e. Dividindo um pelo outro, obtém-se o valor de η (equação [8]). Tal valor pode ser definido como a tangente do ângulo de inclinação α da curva de fluxo: η = tan α.

22 Líquidos Newtoneanos A viscosidade (η) não é afetada por mudanças na taxa de cisalhamento; Os líquidos para os quais essa afirmativa seja verdadeira são chamados de líquidos Newtonianos (curvas 1 na figura 6). água, óleo mineral, betume, melaço, etc

23 Líquidos Newtoneanos

24 Líquidos não-newtoneanos Todos os outros líquidos que não exibem esse comportamento de fluxo "ideal" são chamados de líquidos não-newtonianos. Em quantidade, eles excedem muito aos líquidos ideais.

25 Líquidos não-newtoneanos

26 Líquidos não-newtoneanos A) Líquidos que exibem comportamento de fluxo pseudoplástico sob certas condições de τ e - são chamados "líquidos pseudoplásticos" (ambas as curvas 2 na figura 6). Muitos líquidos apresentam uma diminuição drástica na viscosidade quando a passa de níveis baixos para níveis mais altos. Bombeamento dos produtos farmacêuticos nas linhas, nos tubos ou capilares; pulverização das tintas em forma de spray ou vaporizadas em uma parede; expulsão de pastas de dente ou cremes faciais de suas embalagens; processos de mistura ou a injeção de polímeros fundidos no molde.

27 Líquidos não-newtoneanos

28 Líquidos não-newtoneanos Tecnicamente significa que: para certa força ou pressão, uma massa maior pode ser movimentada ou a energia para manter a mesma taxa de cisalhamento pode ser reduzida Fluidos que sofrem diminuição de η, quando a aumenta, são os pseudoplásticos Diversas substâncias de alta importância técnica e comercial pertencem a esse grupo: emulsões, suspensões ou dispersões

29 Líquidos não-newtoneanos Vale citar algumas razões para o efeito de cisalhamento pseudoplástico dos materiais: Dispersões paradas e fluindo através de um tubo.

30 Líquidos não-newtoneanos Muitos produtos líquidos que parecem ser homogêneos são compostos por diversos ingredientes: partículas de forma irregular ou gotas de um líquido dispersas em outro líquido Dispersões paradas e fluindo através de um tubo. Por outro lado, existem soluções poliméricas com longas cadeias entrelaçadas e enoveladas Parados, todos esses materiais irão manter uma ordem interna irregular e serão caracterizados por uma considerável resistência interna ao fluxo, ou seja, alta η.

31 Líquidos Newtoneanos Com o aumento das, partículas rígidas se orientam na direção do fluxo; Nas moléculas poliméricas em solução ou no estado fundido: os entrelaçamentos entre elas podem ser desfeitos, as moléculas se alinham e se orientam na direção do fluxo Alinhamentos de moléculas ou partículas permitem que elas escorreguem umas pelas outras mais facilmente.

32 Líquidos Newtoneanos Alinhamentos de moléculas ou partículas permitem que elas escorreguem umas pelas outras mais facilmente; Partículas com forma esférica podem ser deformadas para a forma de uma "bola de futebol americano ou rugby", menores no diâmetro e mais alongadas. Células corpusculares com formato de uma moeda, assim como as células vermelhas do sangue suspensas no plasma, podem ter sua forma mudada para a de longos dedais com diâmetros reduzidos, o que significa uma passagem mais fácil através dos pequenos vasos sangüíneos e uma maior taxa de escoamento.

33 Líquidos Newtoneanos O cisalhamento também pode induzir a quebra de agregados, o que pode auxiliar um material a escoar mais rápido a uma determinada tensão de cisalhamento: Esfoliamento de argilas!!!

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