domingo, 19 de junho de 2011

REOLOGIA – FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS


REOLOGIA: é o estudo do comportamento deformacional e do fluxo de matéria submetido a tensões, sob determinadas condições termodinâmicas ao longo de um intervalo de tempo. Inclui propriedades como: elasticidade, viscosidade e plasticidade.

VISCOSIDADE: é a medida da resistência interna ou fricção interna de uma substancia ao fluxo quando submetida a uma tensão. Quanto mais viscosa a massa, mais difícil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade. Um fluido é uma substancia que se deforma continuamente quando sujeito á ação de uma força. Os fluidos reais ( líquidos, gases, sólidos fluidizados) apresentam uma rersistencia á deformação ou ao escoamento quando submetidos a uma determinada tensão. Para os gases, a viscosidade está relacionada com a transferência de impulso devido a agitação molecular. Já a viscosidade dos líquidos relaciona-se mais com as forças de coesão entre as moléculas.
Os fluidos Newtonianos são aqueles que possuem uma viscosidade constante, seguindo a Lei de Newton. Esta classe abrange todos os gases e liquidos não poliméricos e homogêneas como o leite e o óleo. Os fluidos não Newtonianos tem a relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento inconstantes, podendo ser divididos em: viscoelasticos, dependentes e independentes do tempo.

Esquema de classificação dos fluidos segundo comportamento reológico.
 






















VISCOELASTICOS: são fluidos que possuem características de liquidos viscosos com propriedades elásticas e de sólidos com propriedades viscosas, ou seja, possuem propriedades elásticas e viscosas acopladas. Estas substancias quando submetidas à tensão de cisalhamento sofrem uma deformação e quando esta cessa, ocorre uma certa recuperação da deformação sofrida. Como exemplo temos: massas de farinha de trigo, gelatinas, queijo, saliva.
FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS INDEPENDENTES DO TEMPO: são aqueles cujas propriedades reológicas independem do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento, podendo ser divididos em:
- sem tensão inicial: são aqueles que não necessitam de uma tensão de cisalhamento inicial para começarem a escoar. Compreendendo a maior parte dos fluidos não newtonianos, como exemplo temos: polpa de frutas, caldos de fermetação, solução de farinha de milho e açúcar.
- com tensão inicial: são os que necessitam de tensão de cisalhamento inicial para começarem a escoar, exemplificando temos: fluidos de perfuração de poços de petróleo, sangue, iogurte e purê de tomate.
FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS DEPENDENTES DO TEMPO: apresentam propriedades que variam, além da tensão de cisalhamento, com o tempo de aplicação desta tensão, para uma velocidade de cisalhamento constante. Como exemplo temos: tintas, ketchup, argila bentonita.

EXPERIMENTO DE VISCOSIDADE


Ferramentas e Materiais
Para realizar esta experiência, você precisará de:
·        Uma proveta alta ou cilindro de vidro graduado.
·        Um cronômetro com precisão para décimos ou centésimos de segundo
·        20 seixos, todos com aproximadamente o mesmo tamanho e forma
·        Água.
·        Óleo de cozinha.
·        Uma tabela como a mostrada a seguir para registrar os resultados.


A Experiência
O que fazer:
1.     Encha um cilindro graduado com água e anote a profundidade.
2.     Jogue seis seixos aí dentro, um por vez.
3.     Use um cronômetro para marcar quanto tempo leva para cada seixo alcançar o fundo.
4.     Anote os resultados.
5.      Agora repita o procedimento com óleo de cozinha e use uma tabela como esta para anotar seus resultados.
Segue abaixo exemplo de tabela:
Tempo decorrido, em seg, para que o peso afunde em um liquido
Teste
Água
Óleo de cozinha
1


2



Conclusão do experimento: quanto maior o tempo do seixo chegar ao fundo da proveta , maior será sua viscosidade.

EXEMPLO DE MEDIDORES DE VISCOSIDADE NA INDUSTRIA

Exemplo da importância de se medir a viscosidade:

Em muitos produtos industriais, a viscosidade é um parâmetro importante, por exemplo, nos motores de combustão, as variações na viscosidade do óleo lubrificante podem-se relacionar com a sua degradação ou contaminação, outro exemplo é a monitoração em processos de cura de polímeros de desempenho, usados como substitutos dos metais, uma vez que a viscosidade muda rapidamente com o tempo de cura e dela depende o escoamento do polímero, a sua monitoração é de grande importância para garantir o preenchimento adequado do molde. Na indústria de alimentos precisa-se da monitoração da viscosidade para controlar a qualidade das matérias primas, avaliar o efeito das variações na formulação e garantir uma melhor consistência do produto final.

MEDIDORES DE VISCOSIDADE


           O princípio de operação da maioria dos medidores de viscosidade, chamados de viscosímetros ou reômetros, é o mesmo. O objetivo é criar o modelo de Newton, onde se tem dois planos, um fixo e outro móvel, separados por um pequeno intervalo onde se coloca o fluido do qual se quer medir a viscosidade.
           Como o modelo de Newton admite uma geometria plana infinita ele é ideal. Na prática, a principal fonte de erro na medição da viscosidade está na influência das extremidades dos sistemas com dimensões finitas.
Há ainda medidores mais complexos e menos usados, baseados na medição da oscilação de uma lâmina vibrante imersa no fluido de medição, cuja taxa de amortecimento é função da viscosidade.

A viscosidade expressa a facilidade ou dificuldade com que um fluido escoa, quando submetido a uma força externa.
A viscosidade é a medida dos efeitos combinados de adesão e coesão das moléculas do fluido entre si.
A viscosidade pode ser considerada como a força de atrito que aparece quando uma camada de fluido é forçada a se mover em relação a outra.
A viscosidade pode ser tomada como o atrito interno do fluido ou a habilidade do fluido vazar sobre si mesmo.
Existem quatro tipos básicos de viscosímetro:
- Viscosimetro capilar: a viscosidade é medida pela velocidade de escoamento do liquido através de um capilar de vidro. É medido o tempo de escoamento do liquido entre duas marcas feitas no viscosímetro. Não recomendado para líquidos não newtonianos.
- Viscosimetro de orifício: a viscosidade é medida pelo tempo que um volume fixo de liquido gasta para escoar através de um orifício existente no fundo de um recipiente. Indicado nas situações onde a rapidez, a simplicidade e robustez do instrumento e a facilidade de operação são mais importantes que a precisão e a exatidão na medida, por exemplo, nas fabricas de tinta, adesivos e óleos lubrificantes.
- Viscosímetro rotacional: a viscosidade é medida pela velocidade angular de uma parte móvel separada de uma parte fixa pelo liquido. Nos viscosímetros de cilindros concêntricos, a parte fixa é, em geral, a parede do próprio recipiente cilíndrico onde esta o liquido. A parte móvel pode ser no formato de palhetas ou um cilindro. Nos viscosímetros de cone-placa, um cone é girado sobre o liquido colocado entre o cone e uma placa fixa. Indicado para líquidos não newtonianos.
- Viscosímetro de esferas: a viscosidade é medida pela velocidade de queda de uma esfera dentro de um liquido colocado em um tubo vertical de vidro. É medido o tempo que uma esfera gasta para percorrer o espaço entre duas marcas feitas no viscosímetro.
Exemplo de um medidor de viscosidade:
Referencias:
BOLETIM TECNICO DA ESCOLA POLITECNICA DA USP – DEPARTAMENTO DE ENG MECATRONICA E DE SISTEMAS MECANICOS – ANALISE DO METODO DE MEDIÇÃO DE VISCOSIDADE DE LIQUIDOS POR ULTRA SOM USANDO A REFLEXÃO DE ONDAS DE CISALHAMENTO –EDILGUER ENRIQUE FRANCO GUZMAN e FLAVIO BUIOCHI – AGOSTO 2006