Relatório 15 - Curva de Defloculação

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
WILLIAN DA MAIA 
 
 
 
 
 
 
CURVA DE DEFLOCULAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
AGOSTO/2014
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
WILLIAN DA MAIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURVA DE DEFLOCULAÇÃO 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Claudia Francine Machado Canova 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
AGOSTO/2014 
 
SUMÁRIO 
 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 
1.1 VISCOSIDADE ................................................................................................. 3 
1.2 SUSPENSÕES ................................................................................................. 3 
1.3 DEFLOCULANTES E CURVA DE DEFLOCULAÇÃO ...................................... 4 
1.4 TIPOS DE ESTABILIZAÇÕES .......................................................................... 5 
2 OBJETIVOS ..................................................................................................... 6 
3 MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................ 6 
3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 6 
3.2 PROCEDIMENTO ............................................................................................ 6 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 7 
4.1 CÁLCULOS PRÉVIOS...................................................................................... 7 
4.2 CURVAS DE DEFLOCULAÇÃO ....................................................................... 7 
4.2.1 Proporção 1:1 ................................................................................................... 8 
4.2.2 Proporção 3:2 ................................................................................................... 9 
5 CONCLUSÃO ................................................................................................. 11 
REFERÊNCIAS......................................................................................................... 12 
 
3 
 
 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
1.1 VISCOSIDADE 
 
A viscosidade é uma propriedade de consistência do material para o caso de 
fluidos nas direções normais e tangenciais. A viscosidade pode ser definida como 
sendo o comportamento dos fluidos “elásticos” de deformação contínua até se 
defrontarem com alguma barreira física que impeça o escoamento (1). 
 
1.2 SUSPENSÕES 
 
Diversas técnicas de processamento de produtos cerâmicos utilizam 
suspensões de partículas. Em virtude disso, é fundamental que suas propriedades 
reológicas, em específico a viscosidade, sejam conhecidas e controladas, garantindo 
as características e a reprodutibilidade do processo além do desempenho final do 
produto. (2) 
O conhecimento da reologia das suspensões cerâmicas é essencial 
principalmente para uma eficiente homogeneização do material. (1) 
A adição de partículas sólidas em um meio líquido ocasiona a perturbação 
das linhas de fluxo, afetando as propriedades reológicas do fluido, necessitando 
maior quantidade de energia para provocar o escoamento na suspensão. (1) 
Quando se adiciona um pó a um meio liquido as partículas perturbam as 
linhas de fluxo do fluido e aumentam a viscosidade do sistema. Frequentemente, as 
partículas se aglomeram e permanecem unidas pelas forças de Van der Waals, 
perdendo a independência cinética, e influenciando ainda mais a reologia das 
suspensões. (1) 
Considerando a viscosidade como a medida da resistência que o fluido 
oferece ao escoamento, a imposição de partículas como obstáculos aumenta a 
viscosidade do fluido. Em suspensões com concentração de sólidos bem reduzidas 
e frequência de colisões entre partículas baixa a sua viscosidade normalmente 
permanece constante em função da taxa de cisalhamento. Nestas condições os 
principais fatores que alteram a viscosidade são a concentração volumétrica de 
4 
 
 
sólidos, as características do meio líquido (viscosidade, densidade, entre outras) e a 
temperatura do meio (1). 
Todavia, elevando-se a concentração de partículas na suspensão, as suas 
interações mudam o comportamento reológico, dependendo assim de uma gama de 
variáveis: características físicas das partículas (distribuição granulométrica, 
densidade, formato, área superficial específica, rugosidade superficial, entre outras) 
e tipo de interação entre partículas (1). 
 
1.3 DEFLOCULANTES E CURVA DE DEFLOCULAÇÃO 
 
No campo da química, floculação, é o processo onde colóides saem 
de suspensão na forma de agregados, formando partículas maiores, os flocos. Os 
agentes defloculantes, em materiais cerâmicos, são reagentes (tal como carbonato 
de sódio ou silicato de sódio) adicionados a uma mistura de argila fina e água, 
retardando ou até mesmo impossibilitando a sedimentação e floculação das 
partículas de minerais argilosos. São compostos que atuam como redutor de 
viscosidade, aumentando a homogeneidade e fluidez da mistura da argila com água. 
Adicionando o agente defloculante é possível reter substâncias não argilosas em 
uma peneira, pois estas permanecem em estado sólido relativamente grandes em 
dimensões, enquanto os argilo-minerais encontram-se dispersos em partículas muito 
mais finas. (4) 
A otimização do preparo de uma suspensão cerâmica depende, então, da 
introdução de substâncias que eliminem ao máximo essas interações,ou seja, que 
causem um efeito de dispersão da suspensão sem que haja a necessidade de 
adição demasiada de líquido. Essas substâncias são aditivos químicos denominados 
dispersantes ou defloculantes. (5) 
A eficiência dos defloculantes pode ser analisada através das curvas de 
defloculação, que objetivam determinar a menor quantidade de defloculante 
necessária para conduzir as suspensões a seus menores valores de viscosidade 
aparente. (5) 
Há três tipos de defloculantes: os que estabilizam a suspensão por efeitos 
estéricos, por efeito eletrostático ou por efeito eletroestérico, os quais são ilustrados 
na figura 1. 
5 
 
 
Figura 1 a) Estabilização eletrostática; b) Estabilização estérica; c) Estabilização eletroestérica. As 
partículas de defloculante (menores) envolvem as partículas do sólido da suspensão (maiores). 
 
 
 
1.4 TIPOS DE ESTABILIZAÇÕES 
 
a) Elestrostática: A indução de cargas elétricas nas partículas da suspensão 
geram forças repulsivas em decorrência da interação da superfície com o meio 
líquido. Defloculantes inorgânicos apresentam este tipo de efeito. (1); 
b) Estérica: A adsorção superficial de substâncias orgânicas de cadeias 
longas (polímeros) dificultam a aproximação das partículas da suspensão por 
impedimento mecânico. Defloculantes orgânicos apresentam este tipo de efeito. (1); 
c) Eletroestérica: Ocorre adsorção específica de moléculas de defloculante 
com grupos ionizáveis ou polieletrólitos na superfície das partículas da suspensão, 
no qual os íons provenientes da dissociação desses grupos ionizáveis somam uma 
barreira eletrostática ao efeito estérico (1). 
A eficácia do processo de defloculação pode ser mensurada pela alteração do 
comportamento reológico da suspensão com adição de defloculantes. Noentanto, a 
ação desses defloculantes depende das propriedades de cada mineral constituinte 
das matérias-primas. Desse modo, a condição ótima do processo de defloculação de 
uma suspensão coloidal de argilas está diretamente ligada às suas propriedades 
físicas e químicas, das características da solução aquosa e do tipo de defloculante. 
(3) 
 
6 
 
 
2 OBJETIVOS 
 
Determinar a curva de defloculação para duas proporções de suspensão SV. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS 
 
 Argila SV; 
 Espátula; 
 Água; 
 Defloculante (silicato de sódio); 
 Conta-gotas; 
 Cronômetro; 
 Papel toalha; 
 Béquer; 
 Viscosímetro Copa Ford; 
 Balança analítica; 
 Proveta de 25 ml; 
 
3.2 PROCEDIMENTO 
 
Em um béquer foi preparada a suspensão cerâmica com a proporção de 
argila/água de 1:1. Para isso pesou-se 150g da matéria prima e 150mL de água, 
ambos foram colocados no béquer e misturados com uma espátula. 
Em uma proveta foi colocado 25cm3 da suspensão e mediu-se sua massa. 
Com a divisão da massa pelo volume obtêm-se a massa específica da argila. 
Utilizando um viscosímetro Copa Ford pode-se determinar o tempo de 
escoamento da água para referência. Foram realizadas três medidas de tempo e 
retirada à média. Na sequência pretendia-se determinar o tempo de escoamento da 
suspensão no viscosímetro, porém devido a alta viscosidade a suspensão não 
7 
 
 
escoou. Para que ocorresse o escoamento foi-se gotejando defloculante de silicato 
de sódio até que a suspensão escoasse pelo viscosímetro. 
Em seguida adicionou-se de uma a três gotas de defloculante por vez e 
realizou-se a medição do tempo de escoamento. A adição deveria ser finalizada 
quando o menor tempo de escoamento fosse atingido, ou seja, quando se 
encontrasse a melhor dispersão das partículas, a adição de mais uma gota de 
dispersante nessa suspensão implicaria na aglomeração das partículas. 
 Repetiu-se o experimento para a proporção de argila/água de 3:2. Para isso 
pesou-se 150 g de matéria prima e 100 ml de água. 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
4.1 CÁLCULOS PRÉVIOS 
 
O tempo de escoamento para a amostra de água pura foi quantificado em 
9,84 segundos. Esse valor foi utilizado para determinar a viscosidade relativa da 
amostra nas duas proporções. 
Foi aferida a massa de 10 gotas do defloculante, e o valor indicado foi 0,4134 
gramas. O valor é útil para o cálculo do percentual de defloculante. 
A densidade de cada suspensão também foi determinada, sendo 
aproximadamente 1,2602 g/cm³ para a proporção 1:1 e 1,3260 g/cm³ para a 
proporção 3:2. Como esperado, a amostra com maior quantidade de argila 
apresenta maior densidade. 
 
4.2 CURVAS DE DEFLOCULAÇÃO 
 
As curvas de defloculação relacionam percentual de defloculante com a 
viscosidade relativa. O percentual de defloculante é uma razão entre a massa do 
aditivo e a massa da argila seca, dada pela Equação 1: 
 
 
 
 
 
Equação 1: Percentual de Defloculante. 
 
8 
 
 
A viscosidade relativa relaciona a viscosidade da suspensão com a 
viscosidade da água pura. Ambos podem ser determinados multiplicando a 
densidade pelo tempo de escoamento. 
 
 
 
 
 
 
Equação 2: Viscosidade relativa, onde d e t correspondem a densidade e tempo. 
 
 
4.2.1 Proporção 1:1 
 
Na tabela abaixo, é possível verificar a quantidade de defloculante adicionada 
em cada medida, os tempos de escoamento, as respectivas viscosidades e 
percentuais. 
 
Tabela 1: Dados coletados na proporção 1:1. A massa é dada em gramas e o tempo em segundos. A 
viscosidade relativa e o percentual são adimensionais. 
Gotas 
Massa de 
Defloculante 
Tempo 
Viscosidade 
Relativa 
Percentual de 
Defloculante 
7 0,28938 35,24 4,5133 0,193 
8 0,33072 33,93 4,3455 0,220 
9 0,37206 27,92 3,5758 0,248 
10 0,4134 21,61 2,7676 0,276 
11 0,45474 18,77 2,4039 0,303 
12 0,49608 17,13 2,1939 0,331 
13 0,53742 14,89 1,9070 0,358 
14 0,57876 13,76 1,7623 0,386 
15 0,6201 12,87 1,6483 0,413 
16 0,66144 12,56 1,6086 0,441 
17 0,70278 12,42 1,5907 0,469 
20 0,8268 12,03 1,5407 0,551 
23 0,95082 11,98 1,5343 0,634 
26 1,07484 12,33 1,5791 0,717 
29 1,19886 11,65 1,4920 0,799 
30 1,2402 11,89 1,5228 0,827 
31 1,28154 12,13 1,5535 0,854 
32 1,32288 11,95 1,5305 0,882 
33 1,36422 12,12 1,5522 0,909 
 
 
9 
 
 
Com base na Tabela 1, foi construída a curva abaixo, onde é possível 
visualizar o comportamento do defloculante na suspensão de argila SV. 
 
 
Gráfico 1: Curva de defloculação da amostra na proporção 1:1. 
 
Analisando a tabela e o gráfico, é possível notar que o ponto ótimo do 
defloculante está em torno de 23 gotas ou 0,95 gramas. Esse ponto não é muito 
nítido, mas o comportamento assintótico do gráfico leva a crer que a viscosidade 
não diminuirá com a adição de mais silicato de sódio. 
 
4.2.2 Proporção 3:2 
 
Dados semelhantes podem ser observados abaixo para a proporção de 3:2. 
 
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
V
is
co
si
d
ad
e
 R
e
la
ti
va
 
Percentual de Defloculante 
Curva de Defloculação 1:1 
10 
 
 
Tabela 2: Dados coletados na proporção 3:2. A massa é dada em gramas e o tempo em segundos. A 
viscosidade relativa e o percentual são adimensionais. 
 
Gotas 
Massa de 
Defloculante 
Tempo 
Viscosidade 
Relativa 
Percentual de 
Defloculante 
5 0,2067 28,13 3,7907 0,138 
6 0,24804 19,14 2,5792 0,165 
7 0,28938 14,36 1,9351 0,193 
8 0,33072 13,40 1,8057 0,220 
9 0,37206 12,69 1,7101 0,248 
10 0,4134 12,06 1,6252 0,276 
11 0,45474 12,21 1,6454 0,303 
12 0,49608 12,16 1,6386 0,331 
13 0,53742 13,29 1,7909 0,358 
14 0,57876 12,48 1,6818 0,386 
15 0,6201 11,84 1,5955 0,413 
16 0,66144 12,12 1,6332 0,441 
17 0,70278 11,53 1,5537 0,469 
18 0,74412 11,91 1,6049 0,496 
19 0,78546 11,98 1,6144 0,524 
 
 
 
Gráfico 2: Curva de defloculação da amostra na proporção 3:2. 
 
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55
V
is
co
si
d
ad
e
 R
e
la
ti
va
 
Percentual de Defloculante 
Curva de Defloculação 3:2 
11 
 
 
Para esta curva, o ponto ótimo foi atingido em 10 gotas ou 0,41 gramas de 
defloculante. O resultado é incomum, pois se esperava uma dificuldade maior em 
melhorar a viscosidade de uma amostra com mais massa seca. 
Os valores das densidades deixam claro que as quantidades de água e de 
argila estão corretas para cada procedimento. A proporção menor de argila 
apresenta uma densidade inferior. 
Pode ter havido algum erro na contagem das gotas ou na contagem do 
tempo. Ainda, a amostra 3:2 pode ter iniciado a sua viragem após a adição da 19ª 
gota, apesar da relativa estabilidade apresentada. Porém, isso é pouco provável e é 
aconselhável refazer o experimento. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
 
12 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
ALVES, L. M. Aula Teórica sobre o Estudo de Consistência Mecânica dos Materiais. 
Ponta Grossa. Anotações de sala de aula. 
 
-R. G. Pileggi, A. R. Studart , V. C. Pandolfelli. A new model to predict the minimum 
viscosity of ceramic suspensions. 
 
DELAVI, D. G. G. Defloculação de suspensões aquosas de argila e sua correlação 
com caracterizações químicas e de superfície 
 
SANTOS, Persio S.; Ciência e Tecnologia de Argilas. Vol 1. São Paulo; Edgard 
Blucher Ltda, p 1-10 
 
ALATRISTA, G. A. V. Preparação e estabilização de uma suspensão cerâmica de 
porcelana deossos.