Um pouco mais sobre a viscosidade

Você realmente sabe o que é viscosidade?

A viscosidade de um líquido (inverso da fluidez) mede a resistência interna oferecida ao movimento relativo de diferentes partes desse líquido. A viscosidade mede a resistência de um líquido em fluir (escoar) e não está diretamente relacionada com a densidade do líquido, que é a relação massa/volume.

Por exemplo, o óleo de soja utilizado para cozinhar é mais viscoso que a água, embora seja menos denso. Apesar da nítida diferença entre viscosidade e densidade, é comum ouvir a frase “este líquido é muito denso” para se referir a um líquido que tem dificuldade em escoar. A frase correta deveria ser “este líquido é muito viscoso”.

Matematicamente, a viscosidade (h) é a derivada do gráfico da força de cisalhamento por unidade de área entre dois planos paralelos de líquido em movimento relativo (tensão de cisalhamento, t) versus o gradiente de velocidade dv/dx (taxa de cisalhamento, g) entre os planos, isto é, t = h g.

 

Alguns livros apresentam o gráfico da taxa de cisalhamento em função da tensão de cisalhamento. Neste caso, a derivada dg/dt corresponde ao coeficiente de fluidez, f=1/h. A unidade SI de viscosidade é

 

 

A antiga unidade de viscosidade no sistema cgs é denominada “poise” (símbolo: P) e corresponde à seguinte relação : dina s/cm2. Como a viscosidade da água a 20°C é muito próxima de 1 centipoise (1 cP; valor exato: 1,002 cP) os valores de viscosidade eram freqüentemente tabelados em cP. A relação entre a atual unidade SI e a antiga unidade é 1 mPa × s = 1 cP.

Em algumas situações é conveniente usar-se a viscosidade cinemática que é o coeficiente de viscosidade dividido pela densidade do líquido, n=h/r.

Se o gráfico da tensão de cisalhamento em função da taxa de cisalhamento à temperatura e pressão constantes for linear, a viscosidade será constante e igual ao coeficiente angular da reta. A maioria dos líquidos puros e muitas soluções e dispersões apresentam este tipo de comportamento e são denominados líquidos newtonianos, pois foi Newton quem primeiro observou esta relação. A quantidade dt/dg, no caso de sistemas newtonianos, é a viscosidade absoluta.

Muitas soluções (especialmente se forem concentradas) e dispersões (especialmente se contiverem partículas assimétricas, por exemplo, na formas de disco ou bastão) apresentam desvio deste comportamento e são denominadas de sistemas não-newtonianos.

As principais causas do fluxo não-newtoniano em sistemas coloidais são a formação de uma estrutura organizada através do sistema e a orientação de partículas assimétricas na direção do fluxo provocadas pelo gradiente de velocidade. A quantidade dt/dg, no caso de sistemas não-newtonianos, é a viscosidade aparente, hap, pois seu valor depende da tensão de cisalhamento aplicada ao líquido.

O comportamento reológico de um líquido é freqüentemente representado pela sua curva de fluxo (tensão de cisalhamento x taxa de cisalhamento).

Os materiais não-Newtonianos podem ser classificados em 02 sub grupos:

Não-Newtoniano – independente de tempo

Não-Newtoniano – dependente de tempo

B1) INDEPENDENTE DE TEMPO

Fluidos pseudoplásticos (com ou sem tensão de deformação inicial): a viscosidade decresce com o aumento da taxa de cisalhamento. Isto é chamado de “cisalhamento fino”. Ao efetuar a leitura em um Viscosímetro, rotacionando de baixa para alta velocidade e voltar para a baixa e as leituras nas mesmas velocidades coincidirem, o material é considerado pseudoplástico independente de tempo e de cisalhamento fino.

Este parâmetro deve ser levado em consideração no desenvolvimento de produtos. Ex.: maioria dos alimentos, tintas, emulsões  

Fluidos dilatantes: a viscosidade aumenta com o aumento da taxa de cisalhamento. Se o material é medido de baixa para alta velocidade e a viscosidade aumenta com o aumento da velocidade (gradiente de cisalhamento), o material é classificado como Dilatante. Este tipo de comportamento é mais raro que a pseudoplasticidade, e observado em fluidos contendo altos níveis de defloculantes como argilas, lama, amido de milho em água, ingrediente de balas.

 Plásticos: este tipo de fluido comporta-se como sólido em condições estáticas ou de repouso e após aplicação de uma certa força começa a fluir. Esta força aplicada denomina-se tensão de deformação. Após começar a fluir o comportamento pode ser Newtoniano, pseudoplástico ou dilatante. Ex. Catchup

Plástico Bingham: se o material apresenta forças internas que o impeçam de fluir, até atingir a tensão de deformação inicial e em seguida começa a fluir apresentando um comportamento newtoniano, ele é classificado como Plástico Bingham.

 

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