Relatório 4 REOLOGIA DE SISTEMAS NEWTONIANOS E NÃO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL – QMC5453
FARMÁCIA
NITO ANGELO DEBACHER
RELATÓRIO 4:REOLOGIA DE SISTEMAS NEWTONIANOS E NÃO
NEWTONIANOS
Adriana Pilger
Elisângela Souza
Kethely Froteski Felicio
Rodrigo Zeni Corá
USER
Nota
9,5
1. OBJETIVO
Determinar a viscosidade de sistemas newtonianos de substâncias puras e
soluções e de um sistema coloidal (não newtoniano).
2. INTRODUÇÃO
O termo reologia foi introduzido no século passado por Bingham e Crawford
para identificar a parte da físico-química que trata da deformação dos
sistemas líquidos, sólidos e semi-sólidos. A reologia abrange diferentes
propriedades associadas à deformação da matéria, entre as quais:
extrussibilidade, compressibilidade, ductiblilidade, espalhabilidade,
elasticidade, fluidez e viscosidade.
Um fluido é uma substância que se deforma continuamente quando sujeito à
ação de uma força. Os fluídos 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.
Os fluidos newtonianos são considerados fluidos ideais, pois apresentam
propriedades bem definidas e seguem o modelo proposto pela Lei de Newton
da viscosidade. Esses fluidos possuem a viscosidade variando com a
temperatura e pressão, aplicada sobre o líquido e o tempo. Já fluidos não
newtonianos ou complexos, diferentemente dos ideais, não apresentam
relação única entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento. Em
geral, esses fluidos possuem viscosidade dependente da cinemática do
escoamento.
O viscosímetro de Stormer é um viscosímetro de cilindros concêntricos. O
cilindro externo, fixo, é a parede do próprio recipiente. O cilindro interno,
móvel, tem seu eixo acoplado a uma roda dentada. Sob a ação de um peso
conhecido, preso a um cordão enrolado ao eixo da roda dentada, a roda gira
e faz girar também o eixo do cilindro interno. Quanto mais viscoso o líquido,
menor é a velocidade angular do cilindro interno para um dado peso. A
velocidade angular pode ser obtida medindo-se o tempo necessário para o
cilindro dar um determinado número de voltas, contadas no conta-giros do
instrumento. Cada divisão do conta-giros corresponde a 100 voltas do cilindro
interno.
A viscosidade do líquido pode ser calculada através da equação:
ƞ= K.(M/Ω)
Onde M é a massa do peso de acionamento; Ω 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 Ω para esse líquido. A unidade de K depende das unidades utilizadas
para h, Ω e M.
3. MATERIAL UTILIZADO
● Água destilada.
● Sacarose.
● 2 pipetas graduadas de 10 mL.
● 1 béquer de 100 mL.
● 1 proveta de 100 mL.
● 1 picnômetro.
● Viscosímetro de Ostwald.
● Viscosímetro de Hoppler.
● Viscosímetro de Stormer.
● Refratômetro.
● Balança.
● Cronômetro.
● Pipetador tipo pera.
● Espátula.
● Termômetro.
3.2.4 Determinação da constante K do viscosímetro:
K = 8,29 mPag-1
Experimento Massa (g) Tempo (s)
100 voltas
Glicerina
Velocidade
angular
(Ω, s-1)(100)
Viscosidade
(mPa.s)
1 34,10 330 0,3030 932,96
2 58,83 183 0,5464 892,57
3 93,94 115 0,8695 895,64
4 134,04 81 1,2345 900,47
Experimento Massa (g) Tempo (s)
100 voltas
Amido
Velocidade
angular
(Ω, s-1)(100)
Viscosidade
(mPa.s)
1 34,10 181 0,5524 511,74
2 58,83 134 0,7462 653,57
3 93,94 121 0,8264 942,35
4 134,04 111 0,9009 1233,42
4. PROCEDIMENTO E TRATAMENTO DE DADOS
1. Determine a densidade (d) da solução de sacarose e calcule o erro
experimental.
d = m/v
d = 1,038 g/cm3
Erro = [(1,038 - 1,04)/1,04] * 100 → Erro = -0,19%
2. Determine para o método de Otswald, a viscosidade relativa à água para a
solução de sacarose nas condições de temperatura da experiência.
ŋrel = [(d1) t1] / [(d2) t2]
ŋrel = 1,3310 mPas
A diferença do valor da viscosidade da sacarose medido experimentalmente com o
valor tabelado (1,294 mPas) pode ser em decorrência de vários fatores, como a
presença de sujidades nas vidrarias, erro de paralaxe, temperatura em que foi feito
o experimento. Também foi possível comprovar que a viscosidade da sacarose é
maior que a da água.
3. Determine para o método de Hoppler a viscosidade relativa à água e a
viscosidade cinemática (v= ŋ/d) para a solução da sacarose. Discuta os
resultados e calcule o erro experimental.
ŋ = 1,339 mPas
Erro = 3,10%
vabs= ŋ/d
USER
Nota
A viscosidade relativa não possui unidades pois se anilam no calculo.
USER
Realce
não existem valores de referencia para valores relativos.
USER
Realce
unidades
USER
Realce
Rever??
vabs= 1,339/1,038
vabs= 1,2899mPas.g-1.cm3.
A diferença entre o valor medido experimentalmente em comparação com o valor
experimental pode ser justificada pela temperatura em que foi realizado o
experimento, vidrarias não calibradas, erro de observação ou pipetagem, dentre
outros.
4. Determine, para o método de Hoppler, a viscosidade absoluta dos líquidos
(água e solução de sacarose) e calcule o erro experimental.
Para sacarose:
ŋabs= 1,2465 mPas
Erro = -3,67%
Para a água:
ŋabs= 0,935 mPas
Erro = 5,05%
5. Faça um gráfico de taxa de cisalhamento versus tensão de
cisalhamento.
6. Faça um gráfico de viscosidade versus Tensão de cisalhamento.
USER
Nota
ok
7. Conclua se o fluido estudado é newtoniano ou não newtoniano
(pseudoplástico, plástico ou dilatante.
A glicerina tem comportamento newtoniano, de forma a manter sua
viscosidade constante e apresentando um gráfico linear e o amido possui um
comportamento não newtoniano dilatante por não possuir valores de
viscosidade constantes e apresentar gráfico curvilíneo.
8. CONCLUSÃO
USER
Nota
A viscosidade é contante para a glicerina
USER
Realce
O uso do Viscosímetro de Stormer é importante por permitir determinar a
viscosidade de sistemas mais viscosos. Percebemos através do experimento,
a distinção entre sistemas que possuem características newtonianas e não
newtonianas em análise reológica.
Após o tratamento de todos os valores obtidos (viscosidade, velocidade
angular e constante) foi possível a construção dos gráficos que, através de
sua análise, conclui-se que: a glicerina possui um comportamento
newtoniano, de forma a manter sua viscosidade constante e apresentando
um gráfico linear; o amido possui um comportamento não newtoniano
dilatante por não possuir valores de viscosidade constantes e apresentar
gráfico curvilíneo.
A compreensão e estudo da reologia são fundamentais para a indústria
farmacêutica na fabricação dos seus produtos, por exemplo, na cosmetologia
para fins estéticos, ou nas formas farmacêuticas de medicamentos.
QUESTIONÁRIO
1. O que significa o termo tensão de cisalhamento?
É a força aplicada paralelamente à superfície, criando deformação internamente em
direção angular. A tensão de cisalhamento é paralela ao plano de secção
transversal.
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: é o processo de forçar uma massa semi-sólida através de um
septo furado ou de um orifício. Ex.: forçar a saída do creme dental.
Compressibilidade: propriedade dos corpos que, sob ação de uma pressão aplicada
uniformemente a sua superfície, diminuem de volume. Ex.: na tecnologia da
obtenção de comprimidos a partir de pós ou grânulos.
Ductibilidade: é uma propriedade associada a formação de fios quando sistemas
semi-sólidos são espichados, como é o caso da vaselina sólida. Ex.: quando
retiramos o creme sólido dentro de um pote.
Espalhabilidade: quando um corpo semi-sólido ou líquido espalha-se, sob aplicação
de uma força, sobre uma superfície sólida. Ex.: aplicação de pomadassobre a pele.
Fluidez: é um conjunto de características químicas que confere movimento às
moléculas, ou seja, é a propriedade que caracteriza a facilidade com que corre ou
desliza alguma substância no ritmo normal. Ex.: água escorrendo pelo ralo da pia.
3. Diferencie sistemas newtonianos de não-newtonianos. Dê exemplos.
USER
Nota
Faltou concluir em relação a viscosidade da água e da solução de sacarose e os erros
Os fluidos newtonianos possuem viscosidade constante e seguem a Lei de Newton,
engloba todos os gases e líquidos não poliméricos e homogêneos.
Ex: água, soluções de sacarose, óleos vegetais.
Os fluidos não newtonianos são a relação entre a taxa de deformação e a tensão
de cisalhamento não constante. Ex: pasta de dente.
Classificados em independentes do tempo onde as propriedades reológicas
independem do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento. Podem ocorrer sem
tensão inicial de cisalhamento para começar a escoar ( pseudoplásticos, dilatantes)
e com tensão inicial de cisalhamento para começar a escoar (plásticos de Bingham,
Herschel - Bulkley).
Temos os dependentes do tempo onde apresentam propriedades que variam, além
da tensão de cisalhamento, com o tempo de aplicação desta tensão para uma
velocidade de cisalhamento constante (Tixotrópicos, reopéticos).
4. A tixotropia é uma propriedade importante em formas farmacêuticas.
Procure o significado dessa propriedade.
É o fenômeno da diminuição da viscosidade aparente com o tempo de
cisalhamento, numa taxa de cisalhamento constante. Esta classe de fluidos tem sua
viscosidade diminuída com o tempo de aplicação da tensão de cisalhamento,
voltando a ficar mais viscoso quando esta cessa. Exemplos: suspensões
concentradas, emulsões, soluções proteicas, petróleo, tintas, ketchup.
5. Procure na literatura:
a) a relação da viscosidade de líquidos com a temperatura.
Quando um corpo líquido ou sólido é aquecido, sua viscosidade diminui, enquanto
que a fluidez aumenta. É importante observar que para uma dada temperatura, a
viscosidade de sistemas Newtonianos constitui uma constante físico-química,
característica de cada substância. Assim, da mesma forma que o etanol, por
exemplo, tendo ponto de ebulição, tensão superficial, índice de refração definidos,
também tem uma viscosidade definida. Porém, isso não ocorre com sistemas
não-newtonianos.
b) para um líquido puro, qual a relação entre a viscosidade e as forças
intermoleculares?
Quanto maiores forem as forças intermoleculares, maior será a viscosidade e menor
será a tendência do líquido para fluir.
6. Que tipo de resíduos químicos foram gerados neste experimento e como
foram tratados ou armazenados?
A solução de açúcar, o amido e a glicerina não são tóxicos. O amido é
biodegradável. A glicina deve ser reutilizada e ela pode causar enjoo em caso de
ingestão, é usada em sabões e cosméticos como hidratante.
7 Assista ao vídeo. https://www.youtube.com/watch?v=yFbmf_57nXI Discuta
as principais características dos dois fluidos apresentados.
Os fluidos apresentados no vídeo são água e amido de milho. A água se comporta
como líquido newtoniano, de forma que não muda seu estado fluido, não importando
a pressão que seja exercida sobre ela. O amido de milho se comporta como líquido
não newtoniano. Apesar de gerar uma solução final líquida e bastante viscosa, ao
exercer um pouco de pressão sobre ele seu estado muda de líquido para sólido, por
poucos segundos. Isso ocorre devido a grande quantidade de átomos nas cadeias
carbônicas em suas moléculas. Semelhante ao que ocorre com o carvão
tornando-se em diamante.
9. BIBLIOGRAFIA
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1982920/mod_resource/content/1/REO
LOGIA%20DE%20FLUIDOS%20-%20apostila.pdf
http://www2.uesb.br/ppg/ppgecal/wp-content/uploads/2017/04/ARIANNE-DANT
AS.pdf
https://adm.online.unip.br/img_ead_dp/52014.PDF
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1982920/mod_resource/content/1/REOLOGIA%20DE%20FLUIDOS%20-%20apostila.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1982920/mod_resource/content/1/REOLOGIA%20DE%20FLUIDOS%20-%20apostila.pdf
http://www2.uesb.br/ppg/ppgecal/wp-content/uploads/2017/04/ARIANNE-DANTAS.pdf
http://www2.uesb.br/ppg/ppgecal/wp-content/uploads/2017/04/ARIANNE-DANTAS.pdf
https://adm.online.unip.br/img_ead_dp/52014.PDF