ReologiaCamila Novaes Lajarim, Franciely Oliveira, Isabela Freitas; Jssica Ganzaroli; Paula Pontes & Valquria Rojas.Fenmenos de Transporte I /Engenharia de Alimentos Universidade Tecnolgica Federal do Paran Professor: Charles Windson Isidoro Haminiuk

Resumo Esta experincia tem por finalidade o estudo das propriedades reolgicas (tenso de cisalhamento, taxa de deformao, viscosidade) de fluidos newtonianos e no newtonianos. A viscosidade um termo comumente conhecido que descreve as propriedades de escoamento de um fluido, ou seja, o atrito das camadas internas dentro do fluido que impe resistncia a fluir. A reologia o estudo do escoamento e deformao da matria, ou seja, a reologia o estudo do comportamento de fluidez. Para este experimento foi utilizado o remetro, e amostras de leo de cozinha, mostarda e detergente.

Introduo Esta prtica envolve conceitos de reologia, fluidos newtonianos e nonewtonianos. Reologia pode ser genericamente definida como o estudo da deformao da matria ou, ainda, o estuda da mobilidade dos fluidos. O estuda da deformabilidade em um alimento est relacionado com o conhecimento que temos da quantidade e tipo de gua presente nesse alimento. Os fluidos podem ser classificados em newtonianos e nonewtonianos. Os primeiros so aqueles que se comportam como fluidos ideais, isto , os seus componentes no teriam qualquer interao entre si, enquanto osno newtonianos seriam os fluidos reais. No existem, naturalmente, fluidos ideais, mas to somente fluidos cujo comportamento se aproxima do ideal, como o caso de lquidos puros, solues verdadeiras diludas e poucos sistemas coloidais (BOBBIO, 2001). Distingue-se um fluido de um slido, quando se considera viscosidade, pelo comportamento quando submetidos a uma fora. Enquanto um slido elstico sofre uma deformao proporcional fora aplicada, um fluido, em condies semelhantes, continua a deformar isto , escoa com uma velocidade que aumenta com o aumento da intensidade da fora. Para fluidos newtonianos, a tenso de

cisalhamento proporcional inversamente proporcional a .

a

Onde por definio, a viscosidade. Desde que , realmente uma viscosidade mdia em e a curva de u como funo de y no ser, em geral, uma linha reta, o relacionamento mais exato fazendo-se tender a 0 e usando a definio de derivada para obter

A expresso que define , assim, uma equao diferencial, como os so muitas das relaes bsicas da fsica (BENNETT, 1978). Para um fluido newtoniano existe uma relao linear entre a tenso de cisalhamento e o gradiente de velocidade . Para fluidos nonewtonianos, a relao no linear; o tipo da relao utilizado para classificar os diversos tipos de fluidos no-newtonianos (BENNETT, 1978). . Esta anlise feita constantemente para a verificao da viscosidade de diferentes fluidos. Nesta prtica observou-se que o detergente e o leo de soja so um fluido newtoniano, j a mostarda um fluido nonewtoniano.

Objetivos A prtica teve como objetivo obter as curvas de fluxo para as amostras ensaiadas, alm de ajustar os reogramas aos modelos reolgicos Lei da Potncia e Herschel-Bulkley, bem como obter os parmetros reolgicos, ndice de comportamento, ndice de consistncia e tenso inicial. Materiais Para a realizao da prtica foram utilizados os seguintes materiais: Remetro DVIII plus Brookfield, adaptador para pequenas quantidades de amostras (APQA), sensores de cisalhamento, cilindro coaxial, computador e amostras de detergente, leo de soja e mostarda. Metodologia Inicialmente colocou-se no APQA (adaptador para pequenas quantidades de amostras) em torno de 10 ml da amostra de detergente a ser ensaiada. Em seguida, programou-se o remetro para realizar uma corrida experimental com a taxa de cisalhamento variando de 1 a 20 s-1, obtendose 20 pontos para a confeco do reograma. Primeiramente, fez-se um teste para determinar qual a mxima faixa da taxa de cisalhamento para a amostra. Iniciou-se o programa no remetro e escolheu-se o tipo de teste reolgico, bem como o sensor a ser utilizado de acordo com a viscosidade da amostra. Depois, escolheu-se a curva de fluxo em funo da taxa de cisalhamento no item perfil de rampa, com 25 pontos experimentais e ajustou-se o valor da taxa inicial e final, mantendo a amostra cisalhando por 5 segundos. Em seguida, programou-se o software para coletar os pontos a cada mudana de velocidade. Por fim, com os dados da taxa de cisalhamento e tenso de cisalhamento, plotou-se a curva de fluxo e ajustou-se os dados aos modelos reolgicos Lei da Potncia (equao 1) e Herschel-Bulkley (equao 2) utilizando o software Origin 7.0.

ndice de consitncia (Pa. ) N = ndice de comportamento de fluxo (adimensional))

Onde: = Tenso de cisalhamento (Pa) = Tenso de cisalhamento inicial (Pa) = Taxa de deformao (s) ndice de consitncia (Pa. ) N = ndice de comportamento de fluxo (adimensional))

Resultados e Discusses Aps o trmino das anlises percebeuse que as amostras (detergente, mostarda e leo de soja) possuem diferentes comportamentos em relao sua viscosidade, ou seja, so fluidos que apresentam distinta classificao. Com o auxilio dos grficos plotados no software Origin 7.0 foi possvel obter as curvas de fluxo de cada amostra e assim, classificalas. Nas Figuras de 1 a 4, o detergente e o leo de soja apresentaram comportamento de fluido newtoniano, seguindo a lei de Newton da viscosidade, segundo STEEFE (1996) os fluidos newtonianos, por definio, possuem uma relao, estritamente, linear entre tenso de cisalhamento e taxa de deformao, no qual conforme h um aumento da taxa a tenso tambm aumenta.

Onde: = Tenso de cisalhamento (Pa) = Taxa de deformao (s)

Figura 1. Relao entre Tenso de cisalhamento e Taxa de cisalhamento do detergente (Lei da Potncia).

Figura 4. Relao entre Tenso de cisalhamento e Taxa de cisalhamento do leo de soja (Herschel Bulkley). Figura 2. Relao entre Tenso de cisalhamento e Taxa de cisalhamento do detergente (Herschel Bulkley). O ajuste das amostras foi bem prximo de 1,0 utilizando, tanto a Lei da Potncia, com dois parmentros quanto a equao de Herschel Bulkley, com 3 parmetros. Os valores dos parmetros e dos ajustes podem ser visualizados na Tabela 1 e 2. Tabela 1. . Valores de k e N do detergente e do leo de soja utilizando a Lei da Potncia.

Tabela 2. . Valores de 0, k e N do detergente e do leo de soja utilizando equao de Herschel Bulkley.

Figura 3. Relao entre Tenso de cisalhamento e Taxa de cisalhamento do leo de soja (Lei da Potncia).

. O detergente e o leo de soja tambm podem ser identificados como fluidos newtonianos por possurem o valor de N, tanto

nas duas equaes bem prximo de 1, sendo o leo mais newtoniano do que o detergente. A equao de Herschel Bulkley considerada mais eficaz na avaliao da viscosidade de um fludo, por apresentar um parmetro a mais do que a Lei da Potncia. Tambm pode-se avaliar na Tabela 1 e 2, que o valor do N das duas frmulas esto bem prximos de 1. No entanto, foi possvel perceber a partir das Figuras 5 e 6, que a mostarda apresentou comportamento distinto das outras duas amostras, sendo classificada como um fludo no-newtoniano, cuja a curva de escoamento no linear, do tipo pseudoplstico (a viscosidade diminui conforme o aumento da tenso), independente do tempo e sem tenso inicial. Segundo Machado (1983), os fluidos pseudoplsticos so aqueles que apresentam decrscimo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, enquanto que nos fluidos dilatantes, a viscosidade aumenta com o acrscimo da taxa de cisalhamento. E ANDRADE (2002) tambm acrescenta que fludos em que a viscosidade aparente diminui com tava de deformao crescente (n