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O QUE É REOLOGIA?
UNIVERSIDADE DE FRANCA ENGENHARIA QUÍ QUÍMICA FENÔMENOS DE TRANSPORTE I
É o ramo da mecânica dos fluidos que estuda as propriedades físicas que influenciam o transporte de quantidade de movimento num fluido; -Eugene Cook Bingham publicações da década de vinte;
REOLOGIA DOS FLUIDOS
Estudo das mudanças na forma e no fluxo de um material, englobando todas estas variantes.
Ramo da física que estuda a viscosidade, plasticidade, elasticidade e o escoamento da matéria;
Ciência responsável pelos estudos do fluxo e deformações decorrentes deste fluxo, envolvendo a fricção do fluido.
Prof. Antonio Batista de Oliveira Jr 2010 1
Fricç Fricção- ocorre internamente no material. Uma camada de fluido possui uma certa resistência ao se deslocar sobre outra.
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Tudo isto envolve uma complexidade de fatores. O tamanho e geometria de cadeia é um exemplo possível.
Tensão de cisalhamento Consideremos um elemento de volume com a forma de um paralelepípedo e consideremos a resposta do material a uma força externa aplicada.
Exemplo: Solventes – viscosidade desprezível
Resinas - viscosidade elevada, graças ao tamanho de sua cadeia polimerizada; Sob estas condições, se desenvolverá uma força interna agindo na mesma direção, mas em sentido contrário, denominada tensão, definida como força por área. Existem basicamente dois tipos de tensão:
Ambos são compostos orgânicos, mas seus comportamentos são totalmente diferentes. 3
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Tensões normais: agem perpendicularmente às faces do corpo.
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Tensões de cisalhamento: agem tangencialmente às faces do corpo. 4
Viscosidade
Deformaç Deformação e taxa de deformaç deformação •Uma força é aplicada na placa superior, resultando na movimentação desta a uma velocidade constante em relação à placa inferior, fixa. •Supondo que não haja deslizamento do fluido nas paredes das placas, a força aplicada pela placa no fluido será equilibrada por uma força cisalhante produzida pela viscosidade do fluido. •Essa força cisalhante, pela área da placa é a chamada tensão de cisalhamento. A tensão de cisalhamento produz um escoamento viscoso, uma deformação no fluido, e um gradiente de velocidade, que é equivalente à taxa de deformação.
- propriedade reológica mais conhecida; - é a única que caracteriza os fluidos newtonianos. • Viscosidade Aparente: É aquela medida em um único ponto e através de cisalhamento constante. É expressa por unidades de Poise ou centiPoise (mPa/s). Utilizada na leitura de viscosidade de fluidos pseudo-plásticos. Viscosímetros: Brookfield, Haake.
• Viscosidade Cinemá Cinemática: é aquela medida por um sistema de geometria que utiliza-se da gravidade para sua obtenção de medida.
Fluido localizado entre duas placas planas separadas por uma distância y.
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Medida por copos, tem como método a contagem, através de um cronômetro, do tempo gasto para o fluido escorrer pelo orifício inferior destes copos
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Viscosidade Absoluta: é aquela que é medida por um sistema de geometria que não sofre influência da gravidade para a obtenção desta medida.
CLASSIFICAÇ CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS
A maioria dos fluidos apresenta comportamentos reoló mais reológicos complexos e a determinaç determinação da viscosidade não é um tó tópico simples.
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Fluido newtoniano
é um fluido em que cada componente da velocidade é proporcional ao gradiente de velocidade na direção normal a essa componente. A constante de proporcionalidade é a viscosidade.
O comportamento newtoniano indica que a viscosidade do fluido é independente da taxa de deformação a que ele está submetido. Possui um único valor de viscosidade, em uma dada temperatura. Exemplos: gases, água, leite, soluções de sacarose, óleos vegetais, etc
Fluido não newtoniano não apresentam taxa de deformação diretamente proporcional à tensão de cisalhamento aplicada sob uma determinada área.
Esquema de classificação dos fluidos segundo comportamento reológico 9
Possuem propriedades independentes do tempo de cisalhamento sem tensão de cisalhamento inicial
São classificados naqueles que: Possuem propriedades reológicas independentes do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento. sem tensão de cisalhamento inicial:
maioria dos fluidos não newtonianos - Pseudoplásticos e dilatantes
Fluido pseudoplástico Não newtoniano; Diminuição da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento em escoamentos cisalhantes estacionários. Não há uma relação linear entre a viscosidade e a taxa de cisalhamento.
com tensão de cisalhamento inicial: requerem a aplicação de uma tensão de cisalhamento superior a um certo valor para que haja deformação conseqüência de uma estrutura interna que impede a movimentação.
Tal efeito pode estar acompanhado por outros fenômenos como certa elasticidade do fluido. O efeito contrário à pseudoplasticidade é chamado de dilatância (muito raramente encontrado).
Sob a ação de uma certa tensão, a estrutura do fluido colapsa e se inicia a deformação. Plásticos de Bingham e Herschel – Bulkley
Possuem propriedades reológicas dependentes do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento Reopéticos e tixotrópicos
Viscoelásticos
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Fluidos biológicos apresentam o efeito de pseudoplasticidade
Sangue apresenta diversos graus de pseudoplasticidade de acordo com a geometria em que esteja escoando e com a sua composição, basicamente, protéica. - suspensão de diversos tipos de partículas (essencialmente hemácias), a quantidade dessas partículas também é determinante para que o grau de pseudoplasticidade varie não só de indivíduo para indivíduo, mas também dentro do mesmo indivíduo dependendo do ponto do organismo onde está circulando o sangue.
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Dilatantes Apresentam um aumento de viscosidade aparente com a tensão de cisalhamento. Ex: Suspensões à medida que se aumenta a tensão de cisalhamento, o líquido intersticial que lubrifica a fricção entre as partículas é incapaz de preencher os espaços devido a um aumento de volume que freqüentemente acompanha o fenômeno. Ocorre, então, o contato direto entre as partículas sólidas e conseqüente aumento da viscosidade aparente. Exemplos: soluções de amido, farinha de milho, açúcar, etc.
Possuem propriedades independentes do tempo de cisalhamento com tensão de cisalhamento inicial Plásticos de Bingham Herschel – Bulkley
Sob a ação de uma certa tensão, a estrutura do fluido colapsa e se inicia a deformação 13
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Viscoelásticos
Possuem propriedades dependentes do tempo de cisalhamento
Tixotrópicos
Exibem muitas características de sólidos;
Apresentam um decréscimo reversível no tempo da força tangencial necessária para manter uma taxa de deformação constante, a uma temperatura constante.
São substâncias que apresentam propriedades viscosas e elásticas acopladas.
Reopéticos
Quando cessa a tensão de cisalhamento ocorre uma certa recuperação da deformação.
Apresentam comportamento inverso aos tixotrópicos.
Exemplos: massas de farinha de trigo, gelatinas, queijos, etc.
Os ciclos de histereses destas substâncias dependem da velocidade de mudança da taxa de deformação.
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Determinação simultânea da tensão de cisalhamento e taxa de deformação num mesmo ponto do aparelho de medição Há viscosímetros:
rotacionais e capilares.
Classificados em dois grupos: primá primário e secundá secundário
DETERMINAÇ DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DE PROPRIEDADES REOLÓ REOLÓGICAS
Primá Primários
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Instrumentos que realizam medidas diretas da tensão e da taxa de deformação do fluido; De disco, de cone-disco e o de cilindro rotativo; Todos eles visando a reprodução do escoamento entre placas planas paralelas. Podem ser aplicados para ensaios tanto de fluidos Newtonianos como de fluidos com comportamento tensão versus deformação não-linear e/ou visco-elástico.
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Viscosímetro primário de Brookfield muito popular pela facilidade de manuseio.
m =viscosidade; W = velocidade angular aplicada; T = torque medido, que resulta da tensão oriunda da deformação do fluido.
Esquema de viscosímetros primários
"spindles" cada um apropriado para medir a viscosidade de fluidos em uma faixa específica: os de menor diâmetro, as maiores viscosidades; os de maior diâmetro, as menores viscosidades.
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Secundá Secundários
Inferem a razão entre a tensão aplicada e a taxa de deformação por meios indiretos, sem medir a tensão e deformação diretamente;
ESQUEMAS DE VISCOSÍ VISCOSÍMETROS SECUNDÁ SECUNDÁRIOS
aplicam-se somente a fluidos Newtonianos, por medirem a viscosidade indiretamente. Viscosímetro capilar e viscosímetro de Stokes.
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Stokes
Capilar A viscosidade é obtida através de medições do tempo de queda livre de uma esfera através de um fluido estacionário.
A viscosidade é obtida por meio da medida do gradiente de pressão de um escoamento laminar em um tubo.
g= aceleração da gravidade D= diâmetro da esfera rs= densidade da esfera rf = densidade do fluido V = velocidade terminal de queda livre, isto é, a razão entre a distância L e o intervalo de tempo Dt.
Q= vazão volumétrica L = distância entre as tomadas de pressão DP= diferença de pressão D = diâmetro do tubo capilar
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* Esta relação aplica-se somente para esferas em queda livre em meio infinito, com Reynolds menores do que 1.
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Copo Ford Fácil manuseio; A viscosidade está relacionada com o tempo de esvaziamento de um copo de volume conhecido que tem um orifício calibrado na sua base; Conjunto de orifícios-padrão (giglê) feitos de bronze polido O orifícios de número 2, 3 e 4 são utilizados para medir líquidos de baixa viscosidade, na faixa de 20 a 310 centistokes; Os orifícios de número 5, 6, 7 e 8 para líquidos de viscosidade superior a 310 cst.
ALGUMAS CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS QUE DIFERENCIAM OS TIPOS DE VISCOSÍ VISCOSÍMETROS
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1) O volume requerido de amostra nos viscosímetros de disco e cone-disco são os menores; ; 2) A faixa operacional nos viscosímetros de disco e conedisco é a maior; ; ;
Referências
3) O custo do viscosímetro de Stokes é o menor. Entretanto, é o que necessita de maior volume de fluido e só trabalha com líquidos translúcidos; ; 4) Pelo fato de requererem o menor volume de fluido, os viscosímetros de disco e cone-disco são os que mais facilmente se adaptam para ensaios em temperaturas diferentes da temperatura ambiente. 27
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1) Medição de nível, interface e viscosidade de líquidos. Capítulo 7. http://216.239.51.104/search?q=cache:TPUOpMPYXS0J:www.fem.u nicamp.br/~instmed/Nivel_Viscosidade.htm+copo+ford&hl=ptBR&gl=br&ct=clnk&cd=1. 2) Mecânica dos Fluidos. http://enciclopedia.tiosam.com/enciclopedia/enciclopedia.asp?title=M ec%C3%A2nica_dos_fluidos. 3) Reologia. http://pt.wikipedia.org/wiki/Reologia. 4) Reologia dos Fluidos. http://216.239.51.104/search?q=cache:M7tmw3KHBs8J:orbita.star media.com/~engomagem/reologia.htm+reologia+dos+fluidos&hl=p t-BR&gl=br&ct=clnk&cd=4. 5) SISSOM, Leighton E.; PITTS, Donald R. Fenomenos de transporte. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1979. 29
