+ INTRODUÇÃO À REOLOGIA. n Ciência que: n surgiu em Marcus Reimer e Eugene Bingham. n ramo de estudo da mecânica de fluidos + DEFORMAÇÃO

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1 INTRODUÇÃO À REOLOGIA Ciêcia que: surgiu em Marcus Reimer e Eugee Bigham ramo de estudo da mecâica de fluidos estuda a deformação/ escoameto de um corpo (sólido, líquido ou gasoso) quado submetido a um stress (tesão) Mecâica de Fluidos ORIGEM: GRÉCIA RHEO = ESCOAMENTO LOGOS = CIÊNCIA FBT FÍSICA INDUSTRIAL PROFA. DRA. JULIANA RACT PROFA. DRA. MARINA ISHII FLUIDOS Força x Deformação DEFORMAÇÃO A deformação que resulta da aplicação desta força pode ser dividida em dois tipos Deformações elásticas ou reversíveis Deformações permaetes ou irreversíveis avalia como um material respode quado submetido à uma força ou tesão de cisalhameto CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS FLUIDOS Proporção direta etre Tesão de Cisalhameto (σ) e Taxa de Cisalhameto (γ) Viscosidade costate o escoameto lamiar FLUIDOS NÃO ode μ é a costate de proporcioalidade deomiada VISCOSIDADE TENSÃO DE CISALHAMENTO (σ) TAXA DE CISALHAMENTO (γ) 1

2 FLUIDOS Líquidos puros ou soluções com substâcias ão poliméricas. COMPARAÇÃO DE FLUIDOS Ex.: água, clorofórmio, etaol, óleo de oliva, óleo de rício, gliceria. µ µ CURVA DE ESCOAMENTO CURVA DE VISCOSIDADE Comparação de fluidos Newtoiaos: (REOGRAMA) (A) óleo, (B) água. Quato maior a icliação do gráfico tesão x taxa de cisalhameto, maior será a viscosidade do material. FLUIDOS NÃO- CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS Algus fluidos podem ser líquidos em determiadas temperaturas e sólidos em outras Sorvetes, gorduras Algus são costituídos por sólidos suspesos em uma matriz líquida Algus cotêm gotículas de um líquido dispersas em outro líquido imiscível Purês, papihas de bebê, sopas, molhos protos para salada FLUIDOS COM TENSÃO Emulsões, como o leite, cremes e loções INDEPENDENTES DO TEMPO PSEUDOPLÁSTICOS SEM TENSÃO NÃO PLÁSTICOS DE BINGHAM TIXOTRÓPICOS DEPENDENTES DO TEMPO REOPÉTICOS VISCOELÁSTICOS PLÁSTICOS OU CORPOS DE BINGHAM PLÁSTICOS DE BINGHAM Ex.: pasta de dete, catchup, geléias, suco cocetrado de laraja µ2 µ1 µ1 = µ2 Necessitam da aplicação de uma tesão iicial (yield stress) para começar a escoar. Hipótese: possuem redes iterpartículas ou itermoleculares que resistem a forças fracas de cisalhameto quado estão em descaso. Apresetam relação liear etre tesão e taxa de cisalhameto uma vez que começam a escoar. Para que este fluido escoe, é ecessário aplicar uma força míima sy, e depois o comportameto segue como de um fluido ewtoiao. Abaixo deste valor, o fluido comporta-se como sólido. Não fluem até que a tesão aplicada seja maior que a tesão iicial. Comportam-se como sólidos elásticos até etão e ão se espalham quado colocados em uma superfície plaa em resposta à força da gravidade. 2

3 FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS OU PSEUDOPLÁSTICOS SHEAR THINNING Leite codesado, purês de algumas frutas, maioese, mostarda, sopas de vegetais Quado agitados em um recipiete, toram-se mais fluidos Quado agitados com um agitador em alta itesidade, sua viscosidade dimiui, o que pode auxiliar o processo de mistura µ3 µ2 µ1 > µ2 > µ3 µ1 Não é ecessário aplicar uma força míima para o escoameto e a viscosidade do fluido dimiui coforme aumeta a taxa de cisalhameto. Comum em dispersões aquosas de hidrocolóides. As moléculas logas e de elevado peso molecular quado aplicada uma tesão se orgaizam o setido do escoameto, oferecedo meor resistêcia a ele, liberado moléculas de água. FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS OU FLUIDOS PSEUDOPLÁSTICOS OU SHEAR THINNING SHEAR THINNING Explicações possíveis: Podem coter partículas microscópicas submersas que podem se orietar a direção do fluxo Partículas eoveladas podem se deformar e se elogar a direção do fluxo Partículas aglomeradas podem se romper em partículas meores Pseudoplascticidade em sistemas de partículas assimétricas. Geralmete são reversíveis Esquema ilustrativo da dimiuição de viscosidade causada pelo aumeto da taxa de cisalhameto (destruição da camada solvatada). Redução da viscosidade de sistemas poliméricos devido ao aumeto da tesão de cisalhameto. Quado a tesão é zero, as partículas estão próximas e empacotadas e o espaço etre elas é míimo, sedo o líquido suficiete para preechê-lo. µ3 µ2 µ1 < µ2 < µ3 µ1 Comportameto cotrário ao fluido pseudoplástico, a viscosidade aumeta com o aumeto da taxa de cisalhameto. Comum em dispersões aquosas cotedo de 40% a 50% de partículas. Coforme a tesão de cisalhameto aumeta, as partículas se orgaizam de forma a criar grades espaços, por ode o veículo sai e a resistêcia ao escoameto e a viscosidade aumetam. Dilatâcia pode ser um problema o processameto de dispersões ou a graulação de massas de comprimidos ode usam-se moihos de alta velocidade e misturadores. 3

4 FLUIDOS OU SHEAR THICKENING FLUIDOS (SHEAR THICKENING) Ex.: suspesões de amido, soluções de fariha de milho e açúcar, silicato de potássio e areia A maioria destes fluidos são suspesões, cotedo partículas sólidas em estado desordeado Em baixas deformações, a fase líquida age como lubrificate e a suspesão flui quase como um fluido ewtoiao Coforme a deformação aumeta, as partículas sólidas começam a se separar, formado redes e aumetado o volume total. Por isto são chamados dilatates. Hipótese de Reyolds para a dilatâcia: o aumeto da taxa de cisalhameto acarreta aproximac aõ das partićulas, resultado o aumeto da resiste cia ao fluxo FLUIDOS INDEPENDENTES DO TEMPO REOGRAMAS DOS TIPOS DE FLUIDOS Escoam imediatamete em resposta a uma pequea tesão aplicada. Etretato, sua relação com a deformação ão é liear. Curvas de fluxo de fluidos: 1 Dilatate (shear thickeig), 2 Newtoiao e 3 - Pseudoplaśtico (shear thiig). CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS COM TENSÃO PLÁSTICOS DE BINGHAM FLUIDOS NÃO DEPENDENTES DO TEMPO Viscosidade varia em fução do tempo a uma dada taxa de cisalhameto Tixotrópicos: Viscosidade dimiui Reopéticos: Viscosidade aumeta FLUIDOS NÃO INDEPENDENTES DO TEMPO DEPENDENTES DO TEMPO SEM TENSÃO TIXOTRÓPICOS REOPÉTICOS PSEUDOPLÁSTICOS Tato a tixotropia como a reopexia são atribuídas a mudaças cotíuas a estrutura do material, que podem ser reversíveis ou irreversíveis. Tixotropia <> Pseudoplasticidade Reopexia <> Dilatâcia VISCOELÁSTICOS 4

5 TIXOTROPIA E REOPEXIA Fluido pseudoplástico tixotrópico. Fluido dilatate reopético TIXOTROPIA REOPEXIA FLUIDOS VISCOELÁSTICOS FLUIDOS NÃO DEPENDENTES DO TEMPO Muita dificuldade em formular relações quatitativas etre tesão de cisalhameto, taxa de cisalhameto e tempo: a reologia é uma ciêcia aida em evolução Ex. fluidos tixotrópicos: betoita. Ex. fluidos reopéticos: gesso. APLICAÇÕES NA ÁREA FARMACÊUTICA quado da elaboração de uma formulação; Produtos semissólidos que apresetam propriedades de fluidos viscosos e sólidos elásticos ao mesmo tempo Só ocorrem em sistemas poliméricos (plásticos, titas, gomas, muscilages), Importate para estabelecer codições de armazeameto facilidade para escoar de um frasco ou sair de um tubo e mater seu formato, passagem através de uma agulha de ijeção; espalhabilidade sobre a pele; cremes, pastas, supositórios e revestimeto de comprimidos; operação de mistura ou bombeameto idustrial detro do processo de produção. MEDIÇÕES DE VISCOSIDADE Viscosímetros capilares A velocidade do escoameto é medida sob a ifluêcia da gravidade ou de uma pressão extera aplicada. A viscosidade é medida em viscosímetros, os quais podem ser classificados em dois grupos de acordo com a medida de: Taxa de escoameto de líquidos através de tubos capilares Taxa ou tesão de cisalhameto de líquidos movedo-se etre placas plaas paralelas disco coe-disco cilidro rotativo (a) Ostwald; (b) Cao-Feske (c) Ubbelohde 5

6 Viscosímetro de Stokes (esfera) A viscosidade é medida pela velocidade de queda de uma esfera detro de um líquido colocado em um tubo vertical de vidro. É medido o tempo que uma esfera gasta para percorrer o espaço etre duas marcas feitas o viscosímetro. Viscosímetro de orifício (copo-ford): A viscosidade é medida pelo tempo que um volume fixo de líquido gasta para escoar através de um orifício existete o fudo de um recipiete. O copo Ford é forecido com um cojuto de orifíciospadrão (giglê) feitos de broze polido. O orifícios de úmero 2, 3 e 4 são utilizados para medir líquidos de baixa viscosidade, a faixa de 20 a 310 cetistokes; os de úmero 5, 6, 7 e 8 para líquidos de viscosidade superior a 310 cst. Viscosímetro rotacioal Velocidade de rotação de eixos metálicos imersos o líquido (Brookfield) Medição do torque requerido para rodar um fuso imerso em um dado fluido A resistêcia ao movimeto rotacioal de uma haste (spidle) é proporcioal à viscosidade MEDIÇÕES DE VISCOSIDADE Coe-plate Cada spidle é apropriado para medir a viscosidade de fluidos em uma faixa específica: os de meor diâmetro, as maiores viscosidades; os de maior diâmetro, as meores viscosidades. Cilidro cocêtrico Placas plaas paralelas 6