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.
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.
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.
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.
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).
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) 25 50 75 100 (mpa s) 934 152 39,8 14,8
Equipe: Gláucia, Sirléia. Revoluções 29,92 100 336 0,298 934 61,91 100 168 0,595 968 91,64 100 111 0,901 946 128,26 100 80 1,250 954 158,40 100 67 1,492 987 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 29,92 100 552 0,181 1537 62,70 100 350 0,286 2039 98,17 100 288 0,347 2631 175,04 100 226 0,442 3683 202,01 100 207 0,483 3890 Como a constante do viscosímetro é conhecido, podemos assim calcular a viscosidade para a suspensão de maisena.
Equipe: Gláucia, Sirléia., 1,6 1,2 0,8 0,4 Gliserina, 4000 3000 2000 1000 Gliserina 0,0 0 70 140 210 50 100 150 200 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 29,90 100 425 0,235 934 39,90 100 265 0,377 778 82,70 100 152 0,658 924 116,01 100 108 0,926 921 156,86 100 80 1,25 922 Suspensão de maisena Revoluções 29,90 100 279 0,358 614 54,35 100 232 0,431 927 82,94 100 208 0,481 1267 123,97 100 186 0,538 1694 156,86 100 151 0,662 1741 1,5 1800 1,2 1600 1400, 0,9 0,6 0,3, 1200 1000 800 600 0,0 0 60 120 180 400 50 100 150
Equipe: Joyce, Maressa, Grasiela, Elisabeth, Vicente. 1,8 Suspensão de maisena 6000 1,5 Gliserina 1,2 4000, 0,9 0,6 0,3, 2000 0,0 0 50 100 150 200 250 0 0 80 160 240 Equipe: Carlos, Daniel, Everton, Fernanda, Morgana. Suspensão de maisena Revoluções 29,91 100 245 0,408 934 41,32 100 177 0,565 936 56,66 100 128 0,781 929 76,39 100 97 1,031 948 107,13 100 68 1,470 933 Revoluções 35,82 100 339 0,295 1554 79,30 100 268 0,373 2721 119,93 100 228 0,439 3497 155,34 100 217 0,461 4313 230,57 100 185 0,541 5455 Revoluções 30,00 100 305 0,328 934 56,48 100 168 0,595 969 91,04 100 104 0,962 967 121,38 100 78 1,282 967 157,58 100 59 1,695 949 Revoluções 105,12 100 434 0,230 4658 128,80 100 408 0,245 5368 168,54 100 384 0,260 6608 201,39 100 349 0,287 7177 232,80 100 312 0,321 7416 8000 1,8 1,5 6000 1,2, 0,9 0,6 0,3, 4000 2000 0,0 0 60 120 180 240 0 0 80 160 240
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.