UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

REOLOGIA DE SISTEMAS NEWTONIANOS

E NÃO NEWTONIANOS

Equipe: Marina Oliveira

Emiliana Puel

Aline Farias

Taynara Silveira

Mayara Brich

Florianópolis, Abril de 2013

INTRODUÇÃO

Reologia é o ramo da física que investiga as propriedades e o comportamento

mecânico de corpos que sofrem uma deformação ou um escoamento. Estuda a

viscosidade, plasticidade, elasticidade e o escoamento da matéria. Esta análise é

causada pela tensão de cisalhamento.

A maioria dos líquidos puros e muitas soluções e dispersões são denominados

líquidos newtonianos, pois a tensão de cisalhamento em função da taxa de

cisalhamento em temperatura e pressão constante são lineares, onde a viscosidade

fica constante e igual ao coeficiente angular da reta. Os líquidos que desviam esse

comportamento são então ditos sistemas não-newtonianos, além disso, apresentam

dois tipos de fenômenos que os distinguem do newtoniano, sendo estes fenômenos

independentes ou dependentes do tempo.

A viscosidade é a propriedade reológica mais conhecida, e a única que

caracteriza os fluidos newtonianos.

OBJETIVO

O objetivo desta experiência é explicar – por meio da reologia – o comportamento de

sistemas de natureza coloidal medindo a resistência interna que ocorre pelo movimento

relativo de diferentes partes de um líquido.

Assim como investigar o comportamento reológico de um sistema coloidal com um

viscosímetro de Stormer.

MATERIAL UTILIZADO

01 Viscosímetro de Stormer, 01 balança, glicerina, 01 cronômetro, 01 béquer de

250mL, 01 bastão de vidro e amido de milho.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para facilitar o experimento, foram adaptados pesos substituindo a adição de bolinhas

de chumbo ao peso do viscosímetro de Stormer. Inicialmente cada medimos a massa de cada

um dos quatro pesos.

Em seguida utilizamos um líquido com viscosidade já conhecida (glicerina) para

encontrarmos a constante K do viscosímetro. Foram feitas medidas do tempo que o conta

giros levava para dar uma volta (equivalente a 100 voltas do cilindro interno em torno do seu

próprio eixo). A cada medida adicionamos um peso de acionamento, até chegarmos ao

número de quatro pesos.

Após o experimento com glicerina, o cilindro interno foi limpo, e a glicerina guardada

em seu recipiente para uma possível reutilização.

Com uma solução já preparada de amido de milho (60g de amido para 50mL de água

destilada), o procedimento anterior foi repetido para calcularmos a viscosidade da solução de

amido.

Após o término do experimento o cilindro interno foi novamente limpo, e a solução de

amido armazenada para sua reutilização caso necessário.

TRATAMENTO DE DADOS

Determinação da constante K do viscosímetro em Glicerina

Peso de

Acionamento

Massa (g) Tempo (s) Velocidade

Angular (s-1)

Viscosidade

(mPa.s)

0 0 0 0 0

1 29,87 14m52s-892s 0,11 934

2 63,88 6m59s-354s 0,28 784,81

3 104,0 4m21s-261s 0,38 941,47

4 139,16 3m15-195s 0,51 938,65

n=K .m /¿Ω

n1= 934.0,11/29,87= 3,44

n2=3,44.63,88/0,28=784,81

n3=3,44.104/0,38=941,47

n4=3,44.139,16/0,38=938,65

Determinação da constante K do viscosímetro com amido de milho.

Peso de

Acionamento

Massa (g) Tempo (s) Velocidade

Angular (s-1)

Viscosidade

(mPa.s)

0 0 0 0 0

1 29,87 5m20s-320s 0,31 331,46

2 63,88 3m22s-202s 0,49 448,46

3 104,0 2m45s-165s 0,61 586,49

4 139,16 3m15-153s 0,65 736,48

n=K .m /¿Ω

n1= 3,44.29,87/0,31= 331,46

n2=3,44.63,98/0,49=448,46

n3=3,44.104,0/0,61=586,49

n4=3,44.139,16/0,65=736,48

QUESTIONÁRIO

5.1- O que significa o termo tensão de cisalhamento?

É partir da atuação de uma força tangencial que age sobre uma determinada superfície, que

dividida pela área da mesma, dá origem a tensão de cisalhamento.

A fricção interna de um fluído é medida através da viscosidade, e como acontece nos sólidos,

quanto maior a fricção maior a força necessária para realizar um movimento. O cisalhamento

pode ser considerado como a fricção aparente do fluído quando uma camada do fluído move-

se sobre a outra. Então concluindo, o cisalhamento é a força necessária para promover o

movimento de uma camada de fluído sobre a outra.

5.2 - Procure na literatura o significado dos termos extrussibilidade, compressibilidade,

ductibilidade, espalhabilidade, elasticidade, fluidez e dê exemplos que ilustrem o contato, no

dia-a-dia, com essas propriedades.

Extrussibilidade: é denominado o processo de forçar uma massa semi-sólida através de um

septo furado ou de um orifício.

Um exemplo bem comum, que praticamos diariamente é quando forçamos a saída do creme

dental do tubo.

Compressibilidade: consiste na capacidade de um corpo ou substância para reduzir o seu

volume quando é submetido a determinadas pressões em todas as partes. Portanto é a

capacidade que um fluído possui de o volume por ele ocupado, variar em função da pressão

exercida sob ele.

Como exemplo podemos citar, a obtenção de comprimidos a partir de pós ou granulados.

Ductibilidade: esta associada à formação de fios quando sistemas semi-sólidos são espichados,

como por exemplo, o caso da vaselina sólida, do ouro, cobre, metais sólidos e resistentes.

Espalhabilidade: é a dispersão de um material semi-sólido ou líquido, sob aplicação de uma

força, sobre alguma superfície.

Um exemplo seria o ato de passar cremes, loções e cosméticos em determinadas áreas do

corpo.

Elasticidade: é a propriedade que certos materiais apresentam de serem capazes de recuperar

a sua forma e o seu estado inicial, depois passarem por uma deformação provocada por uma

força exterior. Em geral a deformação é proporcional a força externa aplicada.

Nos exemplos podemos citar colchão onde dormimos que é composto pelo poliuretano

(espuma dos colchões), que possui uma boa elasticidade.

Fluidez: podemos considerar fluidez como sendo, o inverso da viscosidade de um fluído.

Fluidez é qualquer substância que possua uma resistência nula ou desprezível em relação à

tensão de cisalhamento sob condições normais. Ou seja, se aplicarmos uma pequena tensão

de cisalhamento durante um menor intervalo de tempo a um fluído, é possível que o líquido se

deforme indefinidamente.

Como exemplo temos: água e glicerina.

5.3 Diferencia sistemas newtonianos de não-newtonianos. Dê exemplos

Sistemas newtonianos são aqueles que possuem viscosidade constante. Na prática isto significa que, a uma dada temperatura, a viscosidade de um fluido Newtoniano se mantém constante, logo o gráfico tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento é linear. Exemplos: glicerina, água,ar. Sistemas não newtonianos a viscosidade varia com o grau de deformação aplicado. A

quantidade dx/dy, no caso de sistemas não-newtonianos,é a viscosidade aparente,pois seu

valor depende da tensão de cisalhamento aplicada ao liquido. Exemplos: amido com água,

tintas, sangue.

Este último sistema apresenta dois tipos de fenômenos distintos dos sistemas newtonianos: fenômenos independentes do tempo (diminuição da viscosidade aparente com o aumento da tensão de cisalhamento; existência de uma tensão de cisalhamento mínima para iniciar o escoamento; aumento da viscosidade aparente com o aumento da tensão de cisalhamento) e fenômenos dependentes do tempo (tixotropia e reopexia).

5.4 A tixotropia é uma propriedade importante em formas farmacêuticas. Procure o

significado dessa propriedade.

A tixotropia é uma propriedade muito importante, principalmente na área farmacêutica, porque se trata de um fenômeno que apresentam em certos líquidos e semi-sólidos, onde a viscosidade diminui quando são agitados. Isso permite obter um medicamento mais consistente quando em repouso, mas de alta fluidez quando agitado pelo paciente. Um dos exemplos que temos onde esta propriedade é aplicada são as suspensões floculadas.

5.5 Procure na literatura: a) relação de viscosidade de líquidos com a temperatura. B) para

um liquido puro, qual a relação entre a viscosidade e as forças intermoleculares?

a) Com a alteração da temperatura as moléculas terão diferentes quantidades de energia e

assim diferentes mobilidades. A viscosidade de um líquido vem da coesão entre as moléculas

relativamente juntas, com o aumento da temperatura, aumenta a mobilidade das moléculas

fazendo que fiquem mais separadas, assim ocorre a diminuição da viscosidade. Quanto maior

a temperatura menor a viscosidade.

b) A água sendo um líquido puro tem uma maior viscosidade em relação a muitos outros

líquidos com moléculas de maior dimensão. Isso se deve ao fato de que líquidos puros são

capazes de formar pontes de hidrogênio, que é o tipo mais forte de interação intermolecular.

Portanto para que as moléculas se movam é necessário quebrar as ligações de hidrogênio, isso

provoca um grande aumento na viscosidade.

5.6 Que tipo de resíduos químicos foram gerados neste experimento e como foram tratados

ou armazenados?

Os resíduos foram a glicerina e o amido com água. A glicerina não é tóxica e pode ser

reutilizada. E o amido com a água que também não é tóxico, pode ser jogado na pia

normalmente.

CONCLUSAO

Através do experimento de reologia de sistemas newtonianos e não-newtonianos, foi

possível distinguir sistemas que possuem e não possuem características particulares como,

extrussibilidade, compressibilidade, ductibilidade, espalhabilidade, elasticidade, e fluidez.

Após o experimento, com os resultados, cálculos, e gráficos(em anexo), foi possível

avaliar e concluir que a glicerina possui viscosidade constante, sendo assim caracterizada como

sistema newtoniano.

Já o amido de milho é caracterizado como um sistema não newtoniano por não possuir

viscosidade constante.