Universidade de Caxias do SulCentro de Ciências Exatas e TecnologiaEngenharia de Produção e de Materiais

Fenômenos do Transporte

Fluídos Não-Newtonianos Viscoelásticos e Dependentes do tempo (Reopéticos e Tixotrópicos)

Cléber BertinEverson Bergozza

Tiago LonghiLuana Busin

Matheus Moschen Masiero

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Considere um elemento de volume de um fluido, com a forma de um cubo e a resposta do fluido a uma força externa aplicada. Desenvolver-se-á uma força interna, agindo a partir dessa área, que é denominada tensão (τ yx ).

Existem dois tipos básicos de tensão que podem ser exercidas sobre esse elemento de volume:

•Tensões normais: agem perpendicularmente à face do cubo.

•Tensões de cisalhamento: agem tangencialmente à face do cubo.

Conceitos fundamentaisConceitos fundamentais

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2. Classificação dos fluídos líquidos2. Classificação dos fluídos líquidos

Fluidos Fluidos líquidoslíquidos

Independentes Independentes do tempodo tempo

Dependentes Dependentes do tempodo tempo

OutrosOutros

NewtonianosNewtonianos

Pseudo-plásticosPseudo-plásticos

BinghamBingham

Herschel-BulkleyHerschel-Bulkley

TixotrópicosTixotrópicos

ReopécticosReopécticos

ViscoelásticosViscoelásticos

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Fluidos tixotrópicos:

Esta classe de fluidos tem sua viscosidade diminuída com o tempo de aplicação da tensão de cisalhamento, voltando a ficar mais viscosos com quando esta cessa.

Ex.: suspensões concentradas, emulsões, soluções protéicas, petróleo cru, tintas, ketchup.

2.2.2.2.2.2. Fluidos não-newtonianos e dependentes do tempoEstes fluidos podem ser classificados em duas categorias:

•Fluidos Tixotrópicos•Fluidos Reopéticos

Tixotropia

A tixotropia é o fenômeno da diminuição da viscosidade aparente com o tempo de cisalhamento, à uma taxa de cisalhamento constante. Como na pseudoplasticidade, a diminuição da viscosidade aparente com o tempo é também devida à quebra de uma estrutura organizada no fluido. Se deixarmos em repouso durante algum tempo um sistema tixotrópico, a viscosidade aparente aumentará devido à formação de uma estrutura mais organizada das partículas em suspensão que “imobiliza” o líquido entre as partículas. Se, a seguir, submetermos o sistema a cisalhamento, a uma velocidade de agitação constante, a viscosidade aparente decrescerá com o tempo até atingirmos o equilíbrio entre quebra e reconstrução da estrutura.

A tixotropia é facilmente observada quando mexemos (cisalhamos) com umaespátula uma tinta latex para pintar parede. Inicialmente a tinta parece muito viscosa, mas, com o tempo, ela vai se tornando mais fluida. Soluções de polímeros de massa molar elevada são, em geral, tixotrópicas. Suspensões coloidais de óxido de ferro III, de alumina e algumas argilas, que formam sistemas fracamente gelificados, também apresentam tixotropia.

Fluidos reopéticos: Já este tipo de fluido apresenta um comportamento inverso ao dos tixotrópicos. Desta forma, a viscosidade destes fluidos aumenta com o tempo de aplicação da tensão, retornando à viscosidade inicial quando esta força cessa. Ex.: argila bentonita.

Reopexia

A reopexia é o fenômeno do aumento da viscosidade aparente com o tempo decisalhamento, à uma taxa de cisalhamento constante.

2.3. Fluídos viscoelásticos

São fluidos que possuem características de líquidos viscosos com propriedades elásticas (Modelo de Maxwell) e de sólidos com propriedades viscosas (Modelo de Kelvin-Voigt), ou seja, 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, glicerina, plasma, biopolímeros, ácido hialurônico, saliva, goma xantana.

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Os problemas que podem se apresentar são:

-Inchamento do fluido:

Um grande problema em extrusão e em enchedeiras

-Escoamento de Weissemberg:

Ocorre na agitação de fluidos altamente viscoelásticos como a massa de pão e biscoito. A altas taxas de deformação e as tensões normais superam as tangenciais, invertendo o fluxo.

2.3. Fluídos viscoelásticos

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Importante: Os dois tipos de fenômenos viscoelásticos podem ocorrer simultaneamente.

Inchamento do fluido

(efeito “Barus”)

Efeito Weissenberg

Three Viscoelastic Effects (Low).flv

Efeito Kaye

Objetivo: Obter maiores informações sobre algumas propriedades do amido de inhame (Dioscorea alata L.) variedade São Tomé, que possibilitem um melhor entendimento em relação ao comportamento reológico de suspensões gelatinizadas de amido de inhame o qual, conforme suas características, poderá ser empregado industrialmente.

Como: Estudou-se o comportamento reológico da pastas de amido nas concentrações de 4, 5 e 6% (relação massa/massa) às temperaturas de 20, 30, 40 e 50°C.

Para a realização do estudo reológico da pasta de amido, utilizou-se um viscosímetro Brookfield, modelo DVII com spindle n°25, fabricado por Brookfield Engineering Laboratories, Inc., E.U.A

Caracterização reológica das pastas de amido de inhame

Foram preparadas pequenas quantidades de suspensões com diferentes concentrações de amido (4, 5 e 6%). Estas suspensões foram aquecidas sob constante agitação até sua total gelatinização (ponto de pasta).

As determinações reológicas foram realizadas às temperaturas de 20, 30, 40 e 50°C. Para a obtenção dos parâmetros de interesse variou-se a taxa de deformação de 0,22 a 44 s-1 e utilizou-se as velocidades de 1, 5, 10, 15, 30, 60, 90, 120, 150, 180 e 200 rpm.

As leituras de velocidade de rotação, torque, viscosidade aparente, tensão de cisalhamento, taxa de deformação, temperatura e tempo, foram registradas em um computador conectado ao viscosímetro com auxílio de um software acoplado ao sistema de aquisição de dados do equipamento.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Comportamento reológico da pasta de amido de inhame

Quanto à relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento, a pasta de amido de inhame apresenta-se como um fluido não newtoniano e dependente do tempo com predominância do comportamento tixotrópico.

Nas Figuras abaixo estão plotados os resultados experimentais de tensão de cisalhamento versus taxa de deformação para a pasta do amido de inhame em três diferentes concentrações, nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50°C, respectivamente.

A pasta com 4 e 6% de amido de inhame mostrou comportamento tixotrópico para todas as temperaturas as quais foram submetidas. Porém, a pasta com 5% de amido caracterizou-se como um fluido com comportamento levemente reopético a 20 e 30°C, enquanto que para as temperaturas de 40 e 50°C, o fluido tornou a apresentar comportamento tixotrópico.

Uma pequena influência é exercida pela temperatura sobre o comportamento das pastas com amido de inhame. Este fato é marcado pela tendência de a histerese se acentuar quando a temperatura aumenta conferindo ao fluido maior tixotropicidade.

Pode-se observar que para as pastas de amido de inhame, foi verificado mais claramente o comportamento o tixotrópico. O aumento da concentração de amido de inhame também acentuou o comportamento tixotrópico das suspensões de amido de inhame gelatinizada ainda que em menor intensidade.

CONCLUSÕES

As suspensões gelatinizadas com 4, 5 e 6% de amido de inhame foram classificadas reologicamente como fluidos não-newtonianos dependentes do tempo, com predominância do caráter tixotrópico;

A variação na temperatura da pasta de amido de inhame exerce uma pequena influência sobre a sua tixotropicidade. Com a elevação da temperatura, o caráter tixotrópico da pasta de amido cresce;

Constatou-se a ocorrência de mudanças subtanciais nas características reológicas das suspensões gelatinizadas de 4 para 5% de amido de inhame, sendo possível a existência de uma concentração crítica entre esses limites para uma suspensão, na qual ocorrem tais mudanças.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula04_reologia.ppt Acessado em 14/04/2012

www.qmc.ufsc.br/~minatti/docs/.../viscosimetria_cisalhamento.doc Acessado em 14/04/2012

http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5415/REOLOGIA%20DE%20FLUIDOS%20-%20apostila.pdf Acessado em 15/04/2012

http://www.youtube.com/watch?v=nX6GxoiCneY Acessado em 15/04/2012

http://www.deag.ufcg.edu.br/rbpa/rev122/Art1225.pdf Acessado em 16/04/2012