relatorio reologia

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
IT390 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
REOLOGIA DE FLUIDOS
Albornoz, F. A. M. Y. C.¹, Silva, K. M. M.¹, Mattos, K. M.¹, Mendes, M. F.²
1 Discente DEQ
2 Docente DEQ
RESUMO – O experimento teve como objetivo estudar as características reológicas de uma solução concentrada de sacarose, sendo esta um fluido não-newtoniano. O experimento consistiu em medir o tempo de escoamento dos fluidos em capilares com diâmetros e comprimentos distintos, utilizando-se um Frasco de Mariotte. A calibração dos capilares foi feita com a água destilada, visto que é um fluido newtoniano com propriedades reológicas conhecidas (no modelo Power Law, n=1 e m=µ). Posteriormente, calculou-se os diâmetros dos capilares, e a partir destes, foi possível calcular os parâmetros reológicos para a solução concentrada de sacarose, concluindo-se que a mesma possui comportamento do tipo dilatante.
Palavras-Chave: Reologia, fluido Newtoniano, fluido não-Newtoniano.
INTRODUÇÃO
Eugene C. Bingham foi o primeiro a utilizar a palavra reologia ao definir que “tudo escoa” (Steffe, 1996). Hoje, a Reologia pode ser vista como a ciência da deformação e do escoamento da matéria, ou seja, é o estudo da maneira, segundo a qual os materiais respondem à aplicação de uma determinada tensão ou deformação. Todos os materiais possuem propriedades reológicas, de modo que a reologia é uma ciência que pode ser aplicada em diversas áreas de estudo. 
Do ponto de vista da mecânica dos fluidos, temos que a matéria pode ser subdividida em dois grupos: sólida e fluida, onde o fluido pode ser um gás ou um líquido (SCHEID, 2018). Já do ponto de vista da caracterização frente a forças externas, será considerado um fluido toda a matéria que sofre uma deformação infinita e irreversível, ou seja, que escoa após a aplicação de uma tensão cisalhante, não importando o quão pequeno seja o seu valor (FOX et al., 2014).
Propriedades como densidade, viscosidade e peso específico são de extrema importância para o entendimento dos fluidos. Através do comportamento da viscosidade, os fluidos podem ser caracterizados em ideais ou reais, apresentando uma viscosidade nula no primeiro caso. Já os fluidos reais podem ser classificados de acordo com a relação entre a tensão de cisalhamento aplicada e a taxa de deformação do fluido, sendo subdivididos em newtonianos e não newtonianos,. (PERRY et al., 1999)
Fluidos para os quais a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à taxa de deformação são denominados fluidos newtonianos. A maioria dos fluidos comuns, tais como a água, ar e a gasolina, tem comportamento muito próximo ao newtoniano sob condições normais. Já o termo não-newtoniano é usado para classificar todos os fluidos nos quais a tensão de cisalhamento não é diretamente proporcional à taxa de deformação. Dentre esses fluidos, existem os fluidos de Ostwald, que são classificados em fluido dilatante, cuja viscosidade aparente aumenta com o aumento da tensão cisalhante aplicada, e o fluido pseudoplástico, cuja viscosidade aparente diminui com o aumento da tensão cisalhante aplicada.
Há também os fluidos de Bingham, que se comportam como sólidos quando uma tensão abaixo da tensão de cisalhamento crítica é aplicada. Pastas de dente, asfalto e vidro são exemplos de fluido Binghamiano (Fox & McDonald, 1981).
Na figura 1, pode-se verificar a comportamento entre a tensão cisalhante e a taxa de deformação para alguns tipos de fluidos. 
Figura 1 – Tensão de cisalhamento τ (Adaptado de FOX et al., 2014).
A Lei de Newton da viscosidade prevê que a força de cisalhamento por unidade de área tem relação proporcional ao gradiente negativo da velocidade (BIRD et al., 2014), descrita na equação 1 abaixo.
 (1)
Todas as curvas de escoamento podem ser determinadas por modelos matemáticos, que relacionam a taxa de deformação e a tensão durante o escoamento por meio de diversos parâmetros. 
O modelo mais simples e mais utilizado nas soluções de engenharia para fluidos puramente viscosos é o chamado Power Law ou Modelo da Potência. Este é dependente de dois parâmetros, m e n, que são característicos do tipo de fluido, descrito na equação 2 (BIRD et al., 2004).
 	 (2)
.
Considerando-se um fluido incompreensível, com escoamento laminar em tubo circular e utilizando-se manipulações matemáticas descritas em Bird et al., (2004), tem-se a seguinte expressão:
 			(3)
Os parâmetros m e n podem ser encontrados através de regressão não linear com dados de vazão mássica e diferença de pressão. Quando apresenta o coeficiente n = 1 e m=μ, a mesma se simplifica a lei de Hagen-Poiseuille. (BIRD et al., 2004)
É de extrema importância o conhecimento da reologia do fluido para qualquer projeto de engenharia, sendo possível a consulta a literatura para fluidos conhecidos ou testes laboratoriais para a determinação específica das propriedades do fluido.
MATERIAIS E MÉTODOS
 MATERIAIS
- Frasco de Mariotte;
- Três capilares com diferentes diâmetros e comprimentos;
- Picnômetro de 100 mL;
- Proveta de 25 mL;
- Termômetro;
- Cronômetro;
- Fita Métrica;
- Balança;
- Régua;
- Água Destilada;
- Solução de sacarose 40% (m/v).
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Primeiramente, com o auxílio do termômetro, determinou-se a temperatura para ambos os fluidos – água destilada e solução de sacarose concentrada. Para obter o valor de densidade, pesou-se o picnômetro vazio na balança e anotou-se a massa. Posteriormente, preencheu-se o mesmo com cada fluido, pesou-se novamente, e, em seguida, anotou-se as respectivas massas obtidas. 
Para realizar o experimento, fez-se uso de um frasco de Mariotte com tomada e saída para o capilar, dotado de uma escala graduada. Utilizou-se três capilares de diferentes comprimentos e diâmetros, onde, com o auxílio da fita métrica, mediu-se cada um deles.
Inicialmente, encheu-se o frasco de Mariotte com água destilada e fixou-se nele uma das extremidades do capilar 1. A outra extremidade foi acoplada a um suporte que se encontrava na escala graduada, onde a mesma foi fixada a cinco diferentes alturas. Utilizando-se um cronômetro, aferiu-se o tempo necessário para coletar determinado volume em uma proveta, em cada uma das cinco alturas, obtendo-se, assim, cinco vazões. Esse procedimento foi realizado em triplicata, repetindo-o para os capilares 2 e 3. Esvaziou-se o frasco de Mariotte e encheu-se com solução de sacarose, realizou-se os mesmos passos anteriores e calculou-se a vazão para cada um dos três dos capilares, fazendo-se uso dos mesmos cinco valores de altura.