Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
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1 Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Ismael Casagrande Bellettini Prof. Dr. Edson Minatti Disciplina: Físico-Química Experimental II QMC 5409 Turma 729 B Introdução Reologia vem do grego rheo (fluxo) e logos (estudo). É definida como o estudo da deformação e do escoamento de materiais, devido à força nele aplicada, ou seja, está relacionada com a deformação de sólidos e deformação e escoamento de fluidos líquidos e gasosos. Inclui propriedades como: elasticidade, viscosidade e plasticidade. Tem uma grande importância no campo tecnológico, na fabricação de borracha, plásticos, alimentos, produtos têxteis e tintas. Viscosidade é a medida da resistência ou fricção interna de uma substância ao fluxo quando submetida a uma tensão. Quanto mais viscosa a massa, mais difícil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade.
2 Introdução A viscosidade () é a derivada do gráfico da força de cisalhamento por unidade de área entre dois planos paralelos do líquido em movimento relativo (tensão de cisalhamento, τ) versus o gradiente de velocidade dv/dx (taxa de cisalhamento, γ) entre os planos, isto é, τ = γ, onde: dv ( velocidade diferencial) γ = = dx ( espessura diferencial) F ( força) τ = = A ( área) Taxa de Cisalhamento Tensão de Cisalhamento Viscosidade d τ = = dγ F / A dv / dx Introdução Se o gráfico de τ versus γ com temperatura e pressão constantes for linear, a viscosidade será constante e igual ao coeficiente angular da reta, os líquidos que apresentam este comportamento são denominados de Líquidos Newtonianos. E os que apresentam desvio desde comportamento são denominados Líquidos Não-Newtonianos.
3 Introdução Introdução Viscoelásticos São fluidos que possuem propriedades elásticas e viscosas acopladas. Estas substâncias quando submetidas à tensão de cisalhamento sofrem uma deformação e quando esta cessa, ocorre uma certa recuperação da deformação sofrida (comportamento elástico). Ex.: massas de farinha de trigo, gelatinas, queijos, líquidos poliméricos, plasma, biopolímeros, ácido hialurônico, saliva, goma xantana. Líquidos Não-Newtoniano dependentes do tempo: Tixotropia é o fenômeno da diminuição da viscosidade aparente com o tempo de cisalhamento, à uma taxa de cisalhamento constante. Ex.: suspensões concentradas, emulsões, soluções protéicas, petróleo cru, tintas, ketchup. Reopexia é o fenômeno do aumento da viscosidade aparente com o tempo de cisalhamento, à uma taxa de cisalhamento constante. Ex.: pastas de gesso, tintas de impressoras, argila bentonita.
4 Introdução Curvas de escoamento de fluidos não newtonianos de propriedades dependentes do tempo de cisalhamento. Introdução Líquidos Não-Newtoniano independentes do tempo: Os líquidos que apresentam uma tensão de cisalhamento mínima para iniciar o escoamento são denominados plásticos. Ex.: fluidos de perfuração de poços de petróleo, algumas suspensões de sólidos granulares, massas de modelagem e dispersões de algumas argilas. Os líquidos que apresentam uma diminuição da viscosidade aparente com o aumento da tensão de cisalhamento são denominados pseudoplásticos. Ex.: polpas de frutas, caldos de fermentação, melaço de cana. Os líquidos que apresentam um aumento da viscosidade aparente com o aumento da tensão de cisalhamento são denominados dilatantes. Ex.: suspensões de amido e suspensões de farinha de milho e açúcar.
5 Introdução Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e não newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento. Objetivos Determinar a constante do viscosímetro de Stormer (K), utilizando um líquido Newtoniano de viscosidade conhecida. Estudar o comportamento reológico dos fluídos: glicerina e maisena. Classificar os fluídos como Newtoniano ou Não- Newtoniano (pseudoplástico, plástico ou dilatante).
6 Viscosímetro de Stormer Coloca-se o líquido no copo. Ajusta-se o ponteiro do conta-giros em zero, libera-se o freio e aciona-se o cronômetro simultaneamente. Anota-se o tempo para dar um determinado número de voltas e calcula-se a velocidade angular do cilindro interno () em s -1 ; Uma volta completa do ponteiro do conta-giros corresponde a 100 voltas do cilindro interno; A tensão de cisalhamento pode ser variada, variando-se a quantidade de bolinhas de chumbo dentro do peso; Quanto mais viscoso o líquido, menor é a velocidade angular do cilindro interno para um dado peso. Experimento Para determinar a constante do viscosímetro (K) colocou-se a glicerina no copo e mediu-se o tempo para o cilindro interno dar 100 voltas para uma massa conhecida. Viscosidade da glicerina em função da temperatura T ( C) (mpa s) ,8 14,8
7 Equipe: Gláucia, Sirléia. Revoluções 29, , , , , , , , , , Cálculo da constante K: Cálculo da viscosidade : Equipe: Gláucia, Sirléia. Preparou-se uma suspensão de cerca de 80g de maisena para 60 ml de água. Colocouse a suspensão no copo e determinou-se o tempo para que cilindro desse 100 voltas e assim determinou-se a viscosidade da suspensão de maisena. Suspensão de em água Revoluções 29, , , , , , , , , , Como a constante do viscosímetro é conhecido, podemos assim calcular a viscosidade para a suspensão de maisena.
8 Equipe: Gláucia, Sirléia., 1,6 1,2 0,8 0,4 Gliserina, Gliserina 0, Com o aumento do peso de acionamento, a viscosidade da glicerina permaneceu constante (Newtoniano) Com o aumento do peso de acionamento, a viscosidade da suspensão de maisena aumentou (Não-Newtoniano, dilatante) Equipe: André, Ivan, Natália, Robson, Thiago. Revolu -ções 29, , , , , , , , , , Suspensão de maisena Revoluções 29, , , , , , , , , , , , , 0,9 0,6 0,3, ,
9 Equipe: Joyce, Maressa, Grasiela, Elisabeth, Vicente. 1,8 Suspensão de maisena ,5 Gliserina 1,2 4000, 0,9 0,6 0,3, , Equipe: Carlos, Daniel, Everton, Fernanda, Morgana. Suspensão de maisena Revoluções 29, , , , , , , , , , Revoluções 35, , , , , , , , , , Revoluções 30, , , , , , , , , , Revoluções 105, , , , , , , , , , ,8 1, ,2, 0,9 0,6 0,3, ,
10 Conclusões Observou-se que a glicerina é um líquido Newtoniano, pois a viscosidade permaneceu constante com o aumento do peso de acionamento. Concluiu-se que a suspensão de maisena é um fluido Não-Newtoniano, pois ocorreu um aumento na viscosidade com o aumento da tensão de cisalhamento, com este comportamento, esta suspensão é classificada como dilatante.
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