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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA – UFSC
CENTRO TECNOLÓGICO – CTC
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMÍCA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS – EQA
 FÍSICO – QUÍMICA EXPERIMENTAL – QMC5411
RELATÓRIO 
EXPERIMENTO 4: REOLOGIA DE SISTEMAS NEWTONIANOS E NÃO NEWTONIANOS
Acadêmicas:
Amanda Godoi de Córdova
Luiza Milioli
Isadora Braun
Nathálya Matos Salvador
Hágata Susan
FLORIANÓPOLIS 
06 de Maio de 2015
INTRODUÇÃO
A reologia é a ciência que estuda a deformação e o escoamento de corpos sólidos ou fluidos (gases ou líquidos) devido a uma tensão de cisalhamento. O estudo e a compreensão da reologia é extremamente importante na fabricação e obtenção de vários produtos e materiais, como: borrachas, plásticos, alimentos, cosméticos, tintas, óleos lubrificantes, e em processos de bombeamento de líquidos em tubulações, moldagem de plásticos.
Classificação quanto a relação entre taxa de deformação e a tensão de cisalhamento: Fluidos newtonianos e não-newtonianos.
Fluidos newtonianos: é aquele cuja viscosidade é igual, independente da taxa de cisalhamento na qual é medido, numa dada temperatura. Além disso, seguem a lei de Newton. Esta classe abrange todos os gases e líquidos não poliméricos e homogêneos. (ex.: água, leite, soluções de sacarose, óleos vegetais).
Fluidos não-newtonianos: a relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento não é constante. Estes fluidos podem ser classificados em dois subgrupos: Não-Newtoniano independente de tempo (fluidos pseudoplasticos, fluidos dilatantes e plásticos) e Não-Newtoniano dependente de tempo (tixotropia e reopexia).
Geralmente, o comportamento reológico de um líquido é representado pelo gráfico da sua taxa de cisalhamento versus sua tensão de cisalhamento, que tem por fim representar a curva de fluxo deste líquido. Se o gráfico for linear, a viscosidade será constante e corresponderá ao coeficiente angular da reta. Nesse caso, o líquido será dito newtoniano. Porém, alguns líquidos apresentam a formação de estruturas organizadas em seu sistema, e orientação assimétrica das partículas ao longo do fluxo em decorrência do gradiente de velocidade. Tais líquidos são ditos não-newtonianos e seu gráfico foge da linearidade.
EQUIPAMENTOS PARA MEDIDA DA VISCOSIDADE
Viscosímetro capilar
Viscosímetro de esfera
Viscosímetro de orifício
Viscosímetro rotacional
OUTROS EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
Balança
Glicerina
Cronômetro 
Béquer de 250 mL
Bastão de vidro
Amido de milho (maisena)
EXPERIMENTO E RESULTADOS
 Medida da velocidade angular 
Medida dividindo-se o número de voltas que o cilindro do viscosímetro dá (50) correspondente a metade de uma volta do conta-giros pelo tempo levado.
Acionamento do cilindro
Gira-se o parafuso do freio 90 graus.
Colocando a amostra
Para colocar o líquido dentro do copo de medida basta soltar o parafuso da trava da plataforma e abaixá-la, retirar o copo da plataforma, colocar o líquido e recolocá-lo no mesmo lugar e subir a plataforma.
 Fazendo medidas
Medir o tempo para o cilindro dar 50 voltas e calcular a velocidade angular adicionando pesos diferentes.
Cálculo da viscosidade
Experimentalmente a viscosidade de um líquido pode ser obtida aplicando-se a equação:
 	 	 
 Onde m é a massa do peso de acionamento, é a velocidade angular do cilindro interno, K é uma constante do instrumento que pode ser obtida utilizando-se um líquido newtoniano de viscosidade conhecida e medindo-se m e para este líquido. A unidade de K depende das unidades utilizadas para , e m.
Determinação da constante K do viscosímetro
 Utilize glicerina para determinar a constante do viscosímetro na temperatura em que for fazer as medidas.
 Coloque a glicerina no copo e meça a velocidade angular do cilindro interno em rotações por segundo para uma massa conhecida do peso de acionamento em gramas. 
		 Unidade: mPa.s. s-1. g-1
TABELAS
Tabela com os dados para a glicerina 
 glicerina = 934 mPa s ( a 25°C) 
	Massa de acionamento
	Massa, m 
(g)
	Tempo para 50 voltas, (s). 
(Glicerina)
	
(s-1)
	
 (mPa s)
	0
	0
	0
	0
	0
	1
	29,464
	163,310
	0,306
	934,000
	2
	35,171
	132,240
	0,378
	934,000
	3
	40,160
	115,070
	0,435
	934,000
	4
	67,113
	66,700
	0,750
	934,000
	5
	102,287
	42,800
	1,168
	934,000
Cálculo da constante de viscosidade:
Utilizando W = 50/t para encontrar a velocidade angular e tendo = 934 (viscosidade da glicerina) temos para encontrar a constante de viscosidade K.
Tabela com os dados da maisena não-newtoniana ( 50 mL)
	Peso de acionamento
	Massa, m 
(g)
	Tempo para 50 voltas, (s). 
(Maisena)
	
(s-1)
	
(mPa.s)
	0
	0
	0
	0
	0
	1
	29,464
	111,32
	0,449
	668,000
	2
	35,171
	94,70
	0,528
	678,000
	3
	40,160
	92,22
	0,542
	754,000
	4
	67,113
	77,59
	0,644
	1061,000
	5
	102,287
	70,22
	0,712
	1462,000
Cálculo da viscosidade = Kméd . (m / Ω), lembrando que Ω = 50/t :
méd = (1 + 2 + 3 + 4 + 5)/5 = 924,600 mPa s
	Com os dados das tabelas 1 e 2, podemos observar que a glicerina é um líquido newtoniano, enquanto a maisena diluída em 50 mL de água é um líquido não-newtoniano.
TRATAMENTO DE DADOS
4.1 Gráfico: Taxa de Cisalhamento VS Tensão de Cisalhamento
4.2 Gráfico: Viscosidade VS Tensão de Cisalhamento
4.3) Conclua se o fluido estudado é newtoniano ou não newtoniano (pseudoplastico, plástico ou dilatante)
Ao plotar o gráfico Tensão de Cisalhamento VS Taxa de Cisalhamento para a suspensão de amido de milho (maisena), obtivemos uma curva, onde a viscosidade variou, e isso nos indica que o fluido estudado é considerado um liquido não Newtoniano, já que os fluidos que não apresentam uma taxa de cisalhamento proporcional a tensão de cisalhamento aplicada, ou seja, que não possuem uma viscosidade constante, são chamados de fluidos não Newtonianos. 
A suspensão de amido de milho apresentou uma taxa de cisalhamento em função, exclusivamente, da tensão aplicada. Isso nos mostra que o fluido é independente do tempo.
Conclusão do fluido estudado: Concluiu-se que a suspensão de maisena é um fluido Não-Newtoniano, pois ocorreu um aumento na viscosidade com o aumento da tensão de cisalhamento, e com este comportamento, esta suspensão é classificada como dilatante.
QUESTIONÁRIO
O que significa o termo tensão de cisalhamento?
 Tensão de cisalhamento ou tensão de corte é um tipo de tensão gerado por forças aplicadas em sentido igual ou oposto e em direções semelhantes, mas com intensidades diferentes no material analisado.
Definição matemática: Uma força de cisalhamento é a componente tangencial da força que age sobre a superfície e, dividida pela área da superfície, dá origem à tensão de cisalhamento média sobre a área quando a área tende a um ponto. 
Exemplos:
Tesoura
A tensão de cisalhamento pode ser comparada a uma pilha de cartas de baralho quando impulsionadas por uma força tangencial. As camadas paralelas da pilha deslocam-se diferentemente uma das outras, havendo uma parede estacionária (inferior) e uma parede móvel (superior), onde o deslocamento é máximo.
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: processo de forçar uma massa semi-sólida através de um orifício; exemplo creme dental.
	Compressibilidade:consiste na capacidade de um corpo ou substância para reduzir o seu volume quando se encontra submetido a pressões em todas as partes, ou seja, a capacidade que um fluido possui de o volume por ele ocupado variar em função da
pressão. Exemplos: gás, fumaça e ar.
	Ductibilidade: propriedade associada à formação de fios quando sistemas semi sólidos são espichados, como é o caso da vaselina sólida; exemplo:retirar creme de um pote.
	Espalhabilidade: quando um material semi-sólido ou líquido espalha-se, sob aplicação de uma força sobre uma superfície sólida. Exemplos: aplicação de pomadas sobre a pele.
	Elasticidade: propriedade que apresentam certos corpos de retornar à sua forma primitiva ao cessar a ação que neles produziu uma deformação. Exemplo: ao aplicar uma força sobre um gel (até certo limite), este volta a sua forma original quando cessada a força.
	Fluidez: o inverso da viscosidade de um fluido. Qualquer substância que possua uma resistência desprezível ou nula à tensão de cisalhamento sob condições normais, isto é, se aplicarmos a um fluido uma pequena tensão de cisalhamento durante o menor intervalo de tempo possível o líquido se deformará indefinidamente. Ex.: quando inverte o frasco que contém o xarope.
Diferencie sistemas newtonianos de não-newtonianos. Dê exemplos relacionados à área de alimentos.
Um fluido não-newtoniano é um fluido cujas propriedades são diferentes dos fluidos newtonianos, mais precisamente quando a tensão de cisalhamento não é diretamente proporcional a taxa de deformação. Como consequência, fluidos não newtonianos podem não ter uma viscosidade bem definida. Embora o conceito de viscosidade clássica seja comumente usado para caracterizar um material, ele pode ser inadequado para descrever o comportamento mecânico de determinadas substâncias líquidas (fluidos não-Newtonianos), nos quais a viscosidade aparente não é constante durante o escoamento. Estas substâncias são mais bem estudadas através de suas propriedades reológicas que mostram a relação entre a tensão aplicada nesta substância e a taxa de deformação sob diferentes condições de escoamento. A obtenção destas propriedades reológicas é feita através de viscosímetros. Nos fluidos não newtonianos a viscosidade varia com a força aplicada (e por vezes com o tempo também) e, portanto têm propriedades mecânicas muito interessantes. Um bom exemplo é o ketchup. Quando o frasco está em repouso o ketchup é muito viscoso, mas quando o inclinamos ele torna-se menos viscoso e escorre, e ainda, quando o colocamos na boca não se sente a viscosidade. Em resumo, de uma forma simplificada, podemos dizer que os fluidos não newtonianos não possuem uma viscosidade bem definida. De acordo com a reologia, os fluidos não newtonianos são divididos em dois tipos:
Fluidos independentes do tempo, cujas propriedades reológicas independem do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento (deformação que sofre um corpo quando sujeito à ação de forças constantes).
Fluidos dependentes do tempo, que apresentam mudança na viscosidade dependendo do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento.
	Fluidos independentes do tempo
	Pseudo plásticos
	As moléculas tendem a se orientar na direção da força aplicada. A viscosidade diminui com o aumento da tensão.
	Ex.: Polpa de frutas
	Dilatantes
	Contato direto entre as partículas sólidas. A viscosidade aumenta com o aumento da tensão e se comportam tanto como líquido quanto como sólidos.
	Ex.: Suspensões de amido
	Plástico de Bingham
	Para ocorrer a deformação é necessário que uma tensão seja aplicada no fluido.
	Ex.: Fluidos de perfuração de poços de petróleo
	Fluidos dependentes do tempo
	Reopéticos
	Aumenta a viscosidade aparente quando a taxa de deformação aumenta. E retorna à viscosidade inicial quando esta força cessa.
	Ex.: Argila bentonita
	Tixotrópicos
	Diminui a viscosidade com o tempo, após a taxa de deformação ser aumentada. E volta a ficar mais viscoso quando esta força cessa.
	Ex.: Ketchup
Um fluido newtoniano é um fluido cuja viscosidade, ou atrito interno, é constante para diferentes taxas de cisalhamento e não variam com o tempo. A constante de proporcionalidade é a viscosidade. Nos fluidos newtonianos a tensão é diretamente proporcional à taxa de deformação. Apesar de não existir um fluido perfeitamente newtoniano, fluídos mais homogêneos como a água e o ar costumam ser estudados como newtonianos para muitas finalidades práticas. Os fluidos classificados como newtonianos, sejam eles mais ou menos viscosos, caracterizam-se por terem uma viscosidade constante, ou seja, seguem a lei de Newton (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.). São exemplos, a água, o leite e os óleos vegetais.
Procure na literatura: 
a relação da viscosidade de líquidos com a temperatura. 
Denominamos viscosidade como a medida da resistência interna de um fluido, seja ele um gás ou um líquido, com relação à resistência oferecida quando uma camada de líquido se move com relação à outra subjacente. Com isso viscosidade e resistência a movimento são diretamente proporcionais, ou seja, quanto maior for à viscosidade maior é a resistência ao movimento. Assim, podemos concluir também que a viscosidade é inversamente proporcional capacidade de escoar, de fluir. A viscosidade é consequência do atrito interno de um fluido. Ela se resulta da resistência fluídica ao movimento. Ela divide os fluidos em duas categorias: Os newtonianos e os não-newtonianos. Alguns fatores podem alterar a viscosidade de um fluido, entre eles a temperatura. Para um molécula se deslocar em um líquido, ela deve adquirir uma energia para escapar das moléculas vizinhas. Com o aumento da temperatura, a mobilidade das moléculas no líquido aumenta, fazendo o líquido ficar mais fluido. Assim, a viscosidade é inversamente proporcional à temperatura.
Para um líquido puro, qual a relação entre a viscosidade e as forças intermoleculares?
Quanto maiores forem as forças intermoleculares, mais fortemente as moléculas estarão ligadas entre si. Isso torna o escoamento mais difícil e assim a viscosidade maior. Já quando as forças intermoleculares forem mais fracas, as moléculas estarão fracamente ligadas, fazendo com que o escoamento seja facilitado e a com que a viscosidade diminua.
Que tipo de resíduos químicos foram gerados neste experimento e como foram tratados ou armazenados?
Os resíduos gerados não são tóxicos nem poluentes já que o amido de milho está presente ate mesmo em nossa alimentação. Por ser um resíduo orgânico e biodegradável a solução de amido de milho foi descartada em efluente sem necessidade de tratamento prévio.