Viscosidade

URI - Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das
Missões – Campus Santo Ângelo
Departamento de Ciências exatas e da terra
CURSO DE QUÍMICA INDUSTRIAL
FÍSICO QUÍMICA III
Acadêmica:
Ariane Lara
Professora: JULIANE FRONCHETI DE MOURA
Santo Ângelo, 25 de Abril de 2013.

INTRODUÇÃO
A viscosidade é um termo comumente conhecido que descreve as
propriedades de escoamento de um fluido, ou seja, o atrito das camadas
internas dentro do fluido que impõe resistência a fluir.
Reologia é o estudo do escoamento e deformação da matéria, ou
seja, a reologia é o estudo do comportamento de fluidez. Os componentes
dos fluidos podem apresentar diferentes formas geométricas, características
diversas de ligação, tamanhos variados, que lhe conferem comportamentos
distintos. Então devido a sua composição alguns produtos possuem uma
única viscosidade a uma dada temperatura independente a força de
cisalhamento e são denominados de fluidos newtonianos, enquanto a
maioria dos fluidos apresenta comportamento reológico mais complexo e a
determinação da viscosidade não é um tópico simples.
A Reologia é a parte da físico-química que investiga as propriedades e
o comportamento mecânico de corpos que sofrem uma deformação (sólidos
elásticos) ou um escoamento (fluido: líquido ou gás) devido à ação de uma
tensão de cisalhamento (num corpo sujeito a uma força cortante, força por
unidade de área da seção transversal). Muitos sistemas, principalmente os
de natureza coloidal apresentam um comportamento intermediário entre
esses dois extremos, apresentando tanto características viscosas como
elásticas. Esses materiais são chamados de viscoelásticos.
O entendimento e o controle das propriedades reológicas é de
fundamental importância na fabricação e no manuseio de uma grande
quantidade de materiais (borrachas, plásticos, alimentos, cosméticos,
tintas, óleos lubrificantes) e em processos (bombeamento de líquidos em
tubulações, moldagem de plásticos).
Numa fase de investigação e desenvolvimento de formulações, as
medições reológicas são usadas para caracterizar a facilidade com que o
material pode ser despejado de um frasco, ser apertado num tubo ou outro
recipiente deformável, manter a forma do produto num frasco, ou, após a
extrusão, esfregar o produto sobre a pele ou bombear o produto do
equipamento onde se procedeu a mistura ou enchimento.(LACHMAN, et.
Al.2001).
Então devido a sua composição alguns produtos possuem uma única
viscosidade a uma dada temperatura independente da força de
cisalhamento e são denominados de fluidos Newtonianos, enquanto a
maioria dos fluidos apresenta comportamento reológico mais complexo e a
determinação da viscosidade não é uma tarefa fácil.
Outros produtos ainda apresentam um comportamento reológico
bastante variado, dependentes do tempo e da viscoelasticidade. ( ANSEL,
et. al.2000).
A reologia é muito importante para:
• Determinar a funcionalidade de ingredientes no desenvolvimento de
produtos;

• Controle de qualidade do produto final ou intermediário;
• Determinação da vida de prateleira de um produto;
• Avaliação da textura para correlação com dados sensoriais;
• Cálculo de engenharia de processos englobando uma grande quantidade
de equipamentos como agitadores, extrusoras, bombas e trocadores de
calor.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Um fluido é uma substância que se deforma continuamente quando
sujeito à ação de uma força. Os fluidos reais (líquidos, gases, sólidos
fluidizados) apresentam uma resistência à deformação ou ao escoamento
quando submetidos a uma determinada tensão.
Para os gases, a viscosidade está relacionada com a transferência de
impulso devido à agitação molecular. Já a viscosidade dos líquidos
relaciona-se mais com as forças de coesão entre as moléculas.
Quanto a deformação os fluidos podem ser classificados como:
1. Reversíveis ou elásticos : são sistemas que não escoam; sua
deformação é reversível e o sistema obedece à lei de hooke.
2. Irreversível ou viscoso : são sistemas que escoam; sua deformação é
irreversível e o sistema obedece a lei de Newton, de viscosidade
constante.
Também podem ser classificados quanto a relação entre taxa de
deformação e a tensão de cisalhamento:
1. Fluidos newtonianos : sua viscosidade é constante, seguem a lei de
Newton. Esta classe abrangetodos os gases e líquidos não poliméricos
e homogêneos. (ex.: água, leite, soluções de sacarose, óleos
vegetais).
2. Fluidos não-newtonianos : a relação entre a taxa de deformação e a
tensão de cisalhamento não é constante.
A Lei de Newton da Viscosidade diz que a relação entre a tensão de
cisalhamento (força de cisalhamento x área) e o gradiente local de
velocidade é definida através de uma relação linear, sendo a constante de
proporcionalidade, a viscosidade do fluido. Assim, todos os fluidos que
seguem este comportamento são denominados fluidos newtonianos.
τxy é a tensão de cisalhamento na direção x,
g/cm.s2;

dvx/dyé o gradiente de velocidade ou taxa de cisalhamento, s-1;
μ é a viscosidade, cP = 10-2g/cm.s = 0,001kg/m.s = 10-3 N.s
Os fluidos não newtonianos não obedecem esta relação de
proporcionalidade. Seu comportamento reológico em estado estacionário,
pode ser representado pela forma geral :
A Figura a seguir mostra o comportamento reológico do fluido
newtoniano e do fluido não newtoniano independente do tempo e em
seguida é dada uma breve descrição sobre cada um deles.
Comportamento de escoamento:
Newtoniano:
O fluido newtoniano, ou um material classificado como newtoniano, é
aquele cuja viscosidade é igual, independente da taxa de cisalhamento na
qual é medido, numa dada temperatura.
Ao medir a viscosidade de um material em diferentes velocidades
num viscosímetro rotacional, ou sobre várias condições de pressão num
viscosímetro capilar e as viscosidades resultantes forem equivalentes, então
o material newtoniano, sobre as condições de cisalhamento em que foi
medido. Muitos fluidos são newtonianos, como a água, solvente, soluções
muito diluídas, óleos minerais e fluidos de silicone.

Não Newtoniano:
As matérias não-Newtonianos podem ser classificados em dois
subgrupos:
Não-Newtoniano-independente de tempo
Não-Newtoniano-dependente de tempo
FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS INDEPENDENTES DO TEMPO
São aqueles cujas propriedades reológicas independem do tempo de
aplicação da tensão de cisalhamento. São ainda divididos em:
A) Sem tensão inicial – são aqueles que não necessitam de uma
tensão de cisalhamento inicial para começarem a escoar. Compreendem a
maior parte dos fluidos não newtonianos. Dentro desta classe destacam-se:
Pseudoplásticos
São substâncias que, em repouso, apresentam suas moléculas em
um estado desordenado, e quando submetidas a uma tensão de
cisalhamento, suas moléculas tendem a se orientar na direção da
força aplicada. E quanto maior esta força, maior será a ordenação e,
conseqüentemente, menor será a viscosidade aparente.
Este fluido pode ser descrito pelo Modelo de Ostwald-de-Waele ou
Modelo Power Law (1923, 1925), representado pela Equação:
K é o índice de consistência do fluido, n é a inclinação da curva, neste
caso, menor que 1. (A inclinação da curva só atinge o valor da unidade para
taxas de deformação muito baixas ou muito altas, e o fluido se torna mais
newtoniano).
Ex.: polpa de frutas, caldos de fermentação, melaço de cana.
Dilatantes
São substâncias que apresentam um aumento de viscosidade aparente
com a tensão de cisalhamento. No caso de 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 frequentemente acompanha o fenômeno. Ocorre,
então, o contato direto entre as partículas sólidas e, consequentemente, um
aumento da viscosidade aparente.
Também podem ser representados pelo Modelo de Orswado-de-Waele
ou Modelo Power Law. No entanto, para este caso, n é maior que a unidade.
Exemplos: suspensões de amido, soluções de farinha de milho e
açúcar, silicato de potássio e areia.

B) Com tensão inicial – são os que necessitam de uma tensão de
cisalhamentos inicial para começarem a escoar. Dentre os fluidos desta
classe se encontram:
Plásticos de Bingham
Este tipo de fluido apresenta uma relação linear entre a tensão de
cisalhamento e a taxa de deformação, a partir do momento em que se
atinge uma tensão de cisalhamento inicial. Este comportamento é descrito
pela equação:
τ0 é a tensão de cisalhamento inicial,
μ0 é uma constante análoga à viscosidade de fluidos newtonianos.
O sinal positivo de τ0 é utilizado quando τyx é positivo ou negativo, caso
contrário.
Ex.: fluidos de perfuração de poços de petróleo, algumas suspensões
de sólidos granulares.
 Herschel-Bulkley
Também chamado de Bingham generalizado. Este tipo de fluido
também necessita de uma tensão inicial para começar a escoar. Entretanto,
a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação não é
linear. Esta relação depende do expoente adimensional n, característico
para cada fluido.
Existe ainda o Modelo de Casson, comumente utilizado para
descrever o estado estacionário de substâncias como sangue, iogurte, purê
de tomate, etc. Este modelo é descrito pela Equação:
FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS DEPENDENTES DO TEMPO

Os fluidos que possuem este tipo de comportamento apresentam
propriedades que variam, além da tensão de cisalhamento, com o tempo de
aplicação desta tensão, para uma velociade de cisalhamento constante.
A) 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.
B) 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.
Visco elástico
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).
Um modelo que descreve este tipo de comportamento é o Modelo de
Maxwell (1957):

Na qual:
t0= Gμ é um tempo característico do fluido em estudo,
G é o módulo de rigidez cisalhante do fluido.
G é uma medida da resistência do material contra a distorção cisalhante e
seu valor é igual à inclinação da curva da tensão de cisalhamento vs. a taxa
de deformação na região elástica e é dado em N/m2 ou lbf/in2.
Ex.: massas de farinha de trigo, gelatinas, queijos, líquidos
poliméricos, glicerina, plasma, biopolímeros, ácido hialurônico, saliva, goma
xantana.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. BENNET, C. O., MYERS, J. E. Fenômenos de Transporte, Quantidade
de Calor e Massa, McGraw-Hill do Brasil LTDA, 1978.
2. http://www.t hermoevolution.com.br
3. ANSEL, Howard C.et. al. Formas Farmacêuticas e Sistemas de
Liberação de Fármacos. 69ª edição.editora Premier. São Paulo 2000.
548p.
4. LACHMAN, Leon et. Al. Teoria e Prática na Indústria Farmacêutica.
Vol.1 editora Fundação Calouste Gulibenkian. Lisboa 2001. 505p

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