Relatorio 4

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL - QMC5453
CURSO: Farmácia
PROFESSOR: Nito Angelo Debacher
ALUNOS: Ana Carolina Silva Amaral, Gabriela Dantas Ritter, Larissa Pinedo
Lourençon e Yara Will Lima
EXPERIÊNCIA 4: REOLOGIA DE SISTEMAS
NEWTONIANOS E NÃO NEWTONIANOS
Florianópolis, 6 de Julho de 2021
USER
Nota
9,5
1. INTRODUÇÃO
Quando Falamos em Reologia referimos a área da física que estuda as propriedades e
o comportamento mecânico de corpos que sofrem uma deformação(sólidos,elásticos) ou
um escoamento (fluido,líquido ou gás) Por causa da ação da tensão de cisalhamento, que é
a força F aplicada em uma superfície A do líquido. Muitos sistemas de natureza coloidal,são
viscoelásticos, ou seja apresenta, tanto características viscosas como elásticas.
Quando falamos de viscosidade de um líquido,podemos entender como sendo a resistência
de um fluido a qualquer mudança irreversível de seus elementos de volume sob aplicação
de uma tensão.O coeficiente de viscosidade (η) pode ser obtido por meio da derivada do
gráfico da força de cisalhamento por unidade de área entre dois planos paralelos de líquidos
em movimento relativo,que caracteriza a tensão de cisalhamento versus o gradiente de
velocidade ( ,que representa a taxa de cisalhamento entre os planos,𝑑𝑣/𝑑𝑥) 
isto é onde;ፒ =ɳ 𝛾
taxa de cisalhamento;
dv= velocidade diferencial𝜰 = 𝑑𝑣/𝑑𝑥 
dx =espessura diferencial
Tensão de cisalhamento;
F= Força aplicada em uma área (A)𝞃 = 𝐹/𝐴 
Coeficiente de viscosidade;
=F/A𝜼 = 𝑑𝝉/𝑑𝜸
dv/dx
Os fluidos podem ser classificados quanto a reação entre a taxa de deformação e a tensão
de cisalhamento,nesta classificação incluem os fluidos Newtonianos e os Não Newtonianos.
Fluidos Newtonianos ; São aqueles em que se tem um gráfico representando a tensão de
cisalhamento em função da taxa de cisalhamento em temperatura e pressão constante e for
linear,a viscosidade será constante e igual ao coeficiente angular da reta.Isso quer dizer que
a viscosidade será afetada pela temperatura e pressão.Porém ela não vai variar com o
aumento da taxa ou tensão cisalhante,sendo assim será denominada como viscosidade
absoluta.
Os fluidos Não-Newtonianos podem ser classificados em duas categorias:
Fluidos Não-Newtonianos Independentes de Tempo: Independente de tempo são aqueles
cujas propriedades reológicas independem do tempo de aplicação da tensão de
cisalhamento,Incluem três tipos de fluidos : Pseudoplásticos que apresentam suas
moléculas em estado desordenado quando em repouso e quando submetidos a uma tensão
de cisalhamento,suas moléculas tendem a se orientar na direção da força aplicada,e quanto
maior essa força,maior,maior será a ordenação e,consequentemente,menor será a
viscosidade aparente. Nos Fluidos Dilatantes a viscosidade tende a aumentar quando a
taxa de cisalhamento(velocidade) também aumenta.E por último os fluidos Plásticos que
são aqueles que se comportam como sólidos quando em repouso, e após a aplicação de
uma força (tensão de deformação) começam a fluir.
Fluidos Não-Newtonianos Dependentes de Tempo: Neste caso apresentam propriedades
que variam,além da tensão de cisalhamento,com o tempo de aplicação desta tensão,para
uma velocidade de cisalhamento constante.Nesta categoria estão inclusos a Tixotropia e a
Reopexia. Os fluidos tixotrópicos são os mais comuns.Trata-se da diminuição da velocidade
aparente com o tempo de cisalhamento,numa taxa de cisalhamento constante,ou seja a
viscosidade diminui com o tempo.A Reopexia trata do fenômeno do aumento da viscosidade
aparente com o tempo de cisalhamento,numa taxa de cisalhamento constante.
É importante ressaltar sobre os aparelhos de medida de viscosidade que são os
viscosímetros,existem quatro tipos básicos ;
● viscosímetro capilar(ou de Ostwald);
● viscosímetro de esfera( ou de Höppler);
● viscosímetro de Orifício;
● viscosímetro Rotacional( ou de Stormer)
A finalidade que determina a escolha do tipo de viscosímetro a ser utilizado dependerá do
propósito da medida e do tipo de líquido a ser investigado.
O viscosímetro capilar é mais adequado para líquidos Newtonianos de baixa
viscosidade,pois não permite variar a tensão de cisalhamento.
O viscosímetro Rotacional é o mais indicado para estudar líquidos Não Newtonianos.
O viscosímetro de esfera é indicado para líquidos transparentes e de viscosidade média do
tipo Newtoniano.
O viscosímetro de Orifício é indicado nas situações onde a rapidez,a simplicidade e a
robustez do instrumento assim como a facilidade de operação,são mais importantes que a
precisão e a exatidão na medida.
2. OBJETIVOS
Determinar a viscosidade de sistemas newtonianos de substâncias puras e
soluções.
Determinar a viscosidade de um sistema coloidal, ou seja, não newtoniano.
3. PARTE EXPERIMENTAL:
3.1 Material:
Reagentes:
● Água destilada;
● Sacarose (açúcar);
Vidraria:
● 2 pipetas graduadas de 10 mL;
● 1 béquer de 100 mL;
● 1 proveta de 100 mL;
● 1 picnômetro;
Equipamentos:
● Viscosímetro de Oswald;
● Viscosímetro de Hoppler;
● Refratômetro;
● Balança;
● Viscosímetro de Stormer;
Outros:
● Cronômetro;
● Pipetador tipo pera;
● Espátula;
● Termômetro;
3.2 Cálculo da viscosidade:
A viscosidade pode ser determinada por meio da seguinte equação:
Observação: ᘯ = 100/tempo em segundos = rotações por segundo.
Em que m é a massa do peso de acionamento em gramas; ᘯ é a velocidade
angular do cilindro interno; K é uma constante do instrumento que pode ser
calculada utilizando um líquido newtoniano de viscosidade conhecida e medindo m
e ᘯ para este líquido. A unidade K depende das unidades utilizadas para η , ᘯ e m .
A figura 4 mostra o comportamento do líquido 1 e do líquido 2:
Gráfico (a) → com o aumento do peso de acionamento (m), a velocidade angular
do cilindro interno (ᘯ) aumentou linearmente para o líquido 2 ,comportamento
newtoniano, e não linear para o líquido 1,comportamento não newtoniano..
Gráfico (b) → com o aumento do peso de acionamento (m), a viscosidade do
líquido (2) permaneceu constante, portanto, comportamento newtoniano e a
viscosidade do líquido (1) aumentou o comportamento não newtoniano.
Figura 4: (a) velocidade angular (ᘯ) vs. massa;
Figura 4: (b) viscosidade vs. massa;
3.3 Determinação da constante K do viscosímetro:
A constante K do viscosímetro foi determinada a partir da glicerina que
possui viscosidade conhecida de 934 mPa s na temperatura de 25°C. Foi usada a
massa de acionamento do padrão de massa 34,1g.
Ω= 100/tempo (segundos)
Ω= 100/330= 0,303
K=𝑛. Ω/𝑚
K= 934.0,303/34,10
K= 8,29 𝑚𝑃𝑎𝑠. 𝑠. 𝑠−1. 𝑔−1
3.3. Tabela 1 - Viscosidade da Glicerina
Experimento Massa (g) Tempo (s)
(100 voltas)
Velocidade angular
Ω
(s-1) (100)
Viscosidade
(mPa.s)
1 34,10 330 0,303 932,96
2 58,83 182 0,549 888,34
3 93,94 115 0,869 896,15
4 134,04 81 1,234 900,47
3.4 Tabela 2- Viscosidade da suspensão de amido de milho (Maisena):
Experimento Massa (g) Tempo (s)
(100 voltas)
Velocidade angular
Ω
(s-1) (100)
Viscosidade
(mPa.s)
1 34,10 183 0,546 517,74
2 58,83 136 0,735 663,53
3 93,94 123 0,813 957,88
4 134,04 110 0,909 1.222,43
4. TRATAMENTO DE DADOS:
As questões deste tópico completam a tabela abaixo.
Foram medidas as viscosidades da água e da solução de sacarose. E depois
realizou-se três medidas de tempo e obteve a média.
Viscosímetro
de Ostwald
Tempo 1
(s)
Tempo 2
(s)
Tempo 3
(s)
Média (s) Viscosidade
relativa
Viscosidade
absoluta
Água
35,66 36,19 35,79
35,88 - -
Sol.sacaros
e 10% 45,78 45,57 46,39
45,91 1,3216 -
Viscosímetr
o de
Hoppler
Água
56,87 56,39 56,56
56,60 - 0,9298
Sol.
sacarose
10%
76,63 78,71 79,25
78,19 1,3444 1,25
USER
Nota
Faltou as unidades de viscosidade absoluta
4.1 Determine a densidade (d) da solução de sacarose e calcule o erro
experimental.
1º determinar o volume do picnômetro:
Peso do picnômetro vazio = 25,446 g
Peso do picnômetro cheio de água = 78,096 g
Pcheio.- Pvazio = 78,096 - 25,446 = 52,65 g
d = m/v = 52,65 cm3→ 𝑑 = 𝑚𝑣 → 1 =
52,65
𝑣
2º determinar a densidadeda solução de sacarose:
Peso do picnômetro cheio com solução de sacarose 10% = 79,826 g
Peso do picnômetro vazio = 25,446 g
Pcheio.- Pvazio = 79,826 - 25,445 = 54,3810g
Volume do picnômetro: 52,65 cm3
d = m/v = 1,0329 g/cm3→ 𝑑 = 𝑚𝑣 → 𝑑 =
54,3810
52,65
3º calculo do erro experimental:
%𝑉𝑡− 𝑉𝑒𝑥| |𝑉𝑡 𝑥 100→
1,04 − 1,0329| |
1,04 𝑥 100≃ 0, 70
4.2 Determine, para o método de Ostwald, a viscosidade relativa (à água)
para a solução de sacarose nas condições de temperatura da
experiência. Discuta o resultado.
1 - Sol. sacarose → d1= 1,0329 g/cm3 e t1 = 45,91s
2 - Água → d2= 1 g/cm3 e t2 = 35,88s
= = 1,3216 m.Pa.sη =
(𝑑
1
) 𝑥 𝑡
1
(𝑑
2
) 𝑥 𝑡
2
(1.0329) 𝑥 45,91
(1) 𝑥 35,88
A viscosidade da água a 20o C é 1,002 mPa.s, portanto a sacarose é aproximadamente
0,3216 mais viscosa, logo leva mais tempo para escoar.
USER
Realce
A viscosidade relativa não possui unidades pois se anulam nos calculos
4.3 Determine para o método de Höppler a viscosidade relativa à água e
a viscosidade cinemática (v = 𝛈/d) para a solução de sacarose. Discuta
os resultados e calcule o erro experimental.
K = cte específica da esfera = 0,013399 mPcm3, fornecido pelo fabricante.
ds = densidade da esfera = 2,226 g/cm3.
1 - Sol. sacarose → d1= 1,0329 g/cm3 e t1 = 78,19s
2 - Água → d2= 1 g/cm3 e t2 = 56,60s
Viscosidade relativa:
= = 1,3444 m.Pa.sη =
(𝑑
𝑠 
− 𝑑
1
) 𝑥 𝑡
1
(𝑑
𝑠 
− 𝑑
2
) 𝑥 𝑡
2
(2,226 − 1,0329 ) 𝑥 78,19 
(2,226 − 1) 𝑥 56,60
Viscosidade cinemática:
1º calcular a viscosidade absoluta:
→ →η = 𝑡(𝑑
𝑠
 − 𝑑
𝐿
) 𝑥 𝐾 η = 78, 19(2, 226 − 1, 0329) 𝑥 0, 013399 
→ 1,25 m.Pa.sη =
2º calcular a viscosidade cinemática:
= = 1,2102 m2./s𝑣 = η𝑑
1,25
1,0329
Erro experimental:
→ = 4,21%𝑉𝑡 − 𝑉𝑒𝑥| |𝑉𝑡 𝑥 100
1,29 −1,3444 | |
1,29 𝑥 100
4.4 Determine, para o método de Höppler a viscosidade absoluta dos
líquidos (água e solução de sacarose) e calcule o erro experimental.
Dados:
K = cte específica da esfera = 0,013399 mPcm3, fornecido pelo fabricante.
ds = densidade da esfera = 2,226 g/cm3
USER
Realce
não tem unidades
pode ser: densidade da água = 1g/cm3 ou𝑑
𝐿
densidade da solução de sacarose 10% = 1,51g/cm3
tempo (t): água = 56,60s sacarose= 78,19s
Utilizando a equação , calcula-se:η = 𝑡(𝑑
𝑠
 − 𝑑
𝐿
) 𝑥 𝐾
Viscosidade absoluta para água:
→ 0,013399 → 0,9298η = 𝑡(𝑑
𝑠
 − 𝑑
𝐿
) 𝑥 𝐾 η = 56, 60 (2, 226 − 1) 𝑥 η =
m.Pa.s
Erro experimental:
→ = 7,20%𝑉𝑡 − 𝑉𝑒𝑥| |𝑉𝑡 𝑥 100
1,002 − 0,9298| |
1,002 𝑥 100
Viscosidade absoluta para a sacarose 10%:
→ →η = 𝑡(𝑑
𝑠
 − 𝑑
𝐿
) 𝑥 𝐾 η = 78, 19(2, 226 − 1, 0329) 𝑥 0, 013399 
→ 1,25 m.Pa.sη =
Erro experimental:
→ = 3,10%𝑉𝑡 − 𝑉𝑒𝑥| |𝑉𝑡 𝑥 100
1,29 − 1,25| |
1,29 𝑥 100
4.5 Faça um gráfico de taxa de cisalhamento (, s-1) versus tensão de
cisalhamento (massa, g) (ver Fig 4).
USER
Realce
valor para 20C 
Qual a temperatura do experimento? 
4.6 Faça um gráfico de viscosidade, , versus Tensão de cisalhamento
(massa, g) (ver Fig 4).
4.7 Conclua se o fluido estudado é newtoniano ou não newtoniano
(pseudoplástico, plástico ou dilatante).
Glicerina é um líquido newtoniano, pois houve pequena variação do
valor de conferindo uma reta linear. A viscosidade independe da força deη
cisalhamento aplicada.
Já o amido de milho tem um comportamento não-newtoniano dilatante.
Através dos cálculos e gráficos, é possível ver grande variação no seu . Oη
aumento da viscosidade se dá pelo aumento na força de cisalhamento.
5. QUESTIONÁRIO:
5.1 O que significa o termo tensão de cisalhamento?
A tensão de cisalhamento ou tensão tangencial é um tipo de tensão gerada por forças
aplicadas em sentidos opostos,porém em direções semelhantes num determinado
material.Ou seja é a tensão gerada pela atuação de uma força paralela ao movimento em
uma superfície onde temos um fluido.
5.2 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 passagem de uma massa semi sólida por um orifício.
Compressibilidade: Propriedade de um material ou substância que sob aplicação de uma
pressão externa sofre uma variação no volume.
Ductibilidade: Propriedade de um material que se deforma mecanicamente,sem se romper,é
uma característica associada ao nível de deformação a uma tensão de cisalhamento.
Espalhabilidade: Propriedade de um semi sólido de se espalhar quando submetido a uma
força sobre uma superfície sólida. Ex: utilização de cremes corporais.
Elasticidade: propriedade de um corpo sofrer deformação,quando submetido a tração e
retorna parcial ou totalmente a forma original um exemplo disso é a utilização de molas.
Fluidez: Ausência da resistência interna das partículas de uma substância submetida a uma
força de escoamento.
5.3 Diferencie sistemas newtonianos de não-newtonianos. Dê exemplos.
Sistemas Newntonianos: Um fluido Newtoniano é um fluido cuja viscosidade é
constante,sob condições de temperatura e pressão constante,para diferentes taxas de
cisalhamento e que não possuem variação com o decorrer do tempo.A constante de
proporcionalidade é a viscosidade. Nos fluidos newtonianos a tensão é diretamente
proporcional à taxa de deformação.
Sistemas Não-Newtonianos: Os fluidos Não- Newtonianos apresentam comportamento
contrário ao dos fluídos newtonianos.FLuidos não newtonianos não apresentam taxas de
deformação proporcionais às tensões cisalhamento aplicadas e portanto,seus valores de
viscosidade são variáveis.
5.4 A tixotropia é uma propriedade importante em formas farmacêuticas.
Procure o significado dessa propriedade.
A tixotropia é definida como o decréscimo contínuo da viscosidade em relação ao tempo.É
um fenômeno no qual temos a diminuição da viscosidade aparente em conjunto com o
tempo de cisalhamento,sob uma taxa de cisalhamento constante.Pode-se dizer que é a
capacidade de um gel se liquefazer à medida que lhe aplicamos uma determinada
quantidade de calor ou uma força mecânica.
5.5 Procure na literatura: a) a relação da viscosidade de líquidos com a
temperatura.
A Relação da viscosidade de líquidos com a temperatura: a viscosidade geralmente diminui
com o aumento da temperatura,uma vez que em altas temperaturas as moléculas possuem
maior energia de translação e rotação,permitindo vencer as barreiras energéticas de
interações intermoleculares com maior facilidade.porém nem sempre essa característica
ocorre,dependendo do material,o aumento da temperatura pode alterar a sua estrutura de
forma a aumentar a viscosidade.
b) para um líquido puro, qual a relação entre a viscosidade e as forças
intermoleculares?
Quanto maior for a força intermolecular de uma determinada substância,mais fortemente as
moléculas estão ligadas entres si.Sendo assim teremos um processo de escoamento mais
difícil e portanto,teremos uma maior viscosidade( menor fluidez).
5.6 Que tipo de resíduos químicos foram gerados neste experimento e
como foram tratados ou armazenados?
A solução de açúcar não é tóxica. O amido não é tóxico e é
biodegradável. A glicerina deve ser reutilizada. A glicerina não é tóxica mas
pode causar enjoo em caso de ingestão, é muito usada em sabões e
cosméticos como hidratante
5.7 Assista ao vídeo https://www.youtube.com/watch?v=yFbmf_57nXI e
Discuta as principais características dos dois fluidos apresentados.
O início do vídeo, aborda que a maioria dos líquidos conhecidos são newtonianos,
logo, quando pressionados, a pressão se dissipa pela superfície do fluido, sendo
impossível andar sobre a água (fluido newtoniano). Enquanto que nos fluidos não
newtonianos a pressão não consegue se alastrar pela superfície.
Nesse sentido, a solução de amido comentada no vídeo, mostra que a pressão
aplicada sobre o fluido consegue mudar a estrutura molecular, fazendo com que se
passe do estado líquido para um comportamento de um sólido por alguns segundos
e issoocorre devido à grande quantidade de átomos das cadeias carbônicas do
amido de milho. O mesmo acontece com o carvão no interior do planeta, no qual a
pressão exercida sobre o carvão o torne diamante.
6. CONCLUSÃO:
Podemos concluir que tal ciência é de suma importância na área farmacêutica,para
entendermos de vários fenômenos como: a eficácia de uma medicamentos assim como a
produção de cosméticos. Vale lembrar que a relogia não se limita apenas a indústria
farmacêutica,é indicada também para análise na indústria alimentícia ,pois comporta uma
gama enorme de métodos,que podem ser utilizados em materiais de diversas formas e
texturas abrangendo assim uma quantidade grande de alimentos.
7. BIBLIOGRAFIA:
ASPECTOS TEÓRICOS RELACIONADOS À REOLOGIA FARMACÊUTICA
https://revistas.ufpr.br/academica/article/view/21356/14078 acesso em: 09/07/2021
GONÇALVES,Debora A viscosidade e a sua medição
http://www.gradadm.ifsc.usp.br/dados/20111/FCM0410-1/viscosidade_graduacao.pdf
acesso em ; 09/07/2021
BUIOCHI,Flavio;HIGUTI Ricardo;FURUKAWA Celso M; SILVA,Emilio C.N.;ADAMOWSKI
Julio C.;A medição de viscosidade de líquidos pelo método de múltiplas reflexões acústicas
com conversão de modo
https://www.scielo.br/j/ca/a/BGNCKgR8WwRK3qpj8SsNVRj/?lang=pt
acesso em: 09/07/2021
https://www.youtube.com/watch?v=yFbmf_57nXI
https://revistas.ufpr.br/academica/article/view/21356/14078
http://www.gradadm.ifsc.usp.br/dados/20111/FCM0410-1/viscosidade_graduacao.pdf
https://www.scielo.br/j/ca/a/BGNCKgR8WwRK3qpj8SsNVRj/?lang=pt
USER
Nota
Faltou concluir em relação aos dados obtidos