Fluídos Newtonianos e Fluídos não Newtoanianos

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 02

2 Descrição do experimento 03

2.1 Descrição dos materiais utilizados 03

2.2 Descrição das forças aplicadas na mistura 03

3 Análise do experimento 04

5 CONCLUSÕES 06

REFERÊNCIAS 07

1 INTRODUÇÃO

Os Fluídos não Newtonianos estão presentes no nosso cotidiano. Muitas vezes, utilizamos estes produtos e não analisamos a complexidade de suas estruturas. São exemplos de fluidos não Newtonianos a pasta de dente, tintas, gel para cabelo, ketchup e outros. Os estudos das composições destes produtos são de suma importância, uma vez que muitos são utilizados na higiene pessoal de humanos e animais e seu uso não pode acarretar em danos à saúde.

A compreensão dos Fluidos não Newtonianos é um objeto de estudo da Reologia. Este tema não é somente de interesse na engenharia, mas também para diversos profissionais de outras áreas que estudam as leis e as aplicam nos respectivos processos envolvidos. A reologia é a ciência que estuda a deformação e o fluxo da matéria.

Os fluídos Newtonianos obedecem a equação regida por Newton : ƬXY = , que descreve a relação entre a tensão de cisalhamento e o gradiente local de velocidade. Esta relação é linear, sendo a constante de proporcionalidade, a viscosidade do fluído. Já os fluídos não Newtonianos são regidos pela equação: ƬXY = , onde η representa a viscosidade aparente do fluído. Os fluídos não Newtonianos são divididos em classes. A mistura de maisena em água está classificada como um Fluido não Newtoniano, independente do tempo, sem tensão de cisalhamento inicial, ou seja, não necessita de uma tensão de cisalhamento para começar a escoar. Nesta classe, há duas subclasses. Uma referente a fluídos pseudoplásticos em que a viscosidade aparente decresce conforme a taxa de deformação cresce e outra aos fluídos dilatantes onde a viscosidade aparente cresce conforme a taxa de deformação cresce, este é o caso da mistura de maisena e água.

A escolha do amido de milho para este experimento deve-se ao grande consumo deste insumo. O uso de amido de milho ao redor do mundo é muito grande, já que é uma das maiores fontes de energias para alimentação humana e animal (SINGH et al., 2010). A maisena é utilizada em bolos, bolachas, cremes e até mesmo em produtos fitoterápicos. Muitos estudos são feitos para entender o comportamento desta mistura. Os grânulos do amido possuem estrutura semicristalina. Esta sofre degradação em elevadas temperaturas e com a presença de água. A maisena apresenta alta proporção de grânulos angulares, mas também é possível identificar grânulos arredondados em sua estrutura. Este experimento tem como objetivo entender o comportamento ora líquido ora sólido de uma mistura de água e maisena a partir das forças de cisalhamento impostas a ela.

2 DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO

2.1.Descrição dos materiais utilizados

Para este experimento, foram utilizadas duas colheres de metal, um martelo, duas vasilhas de vidro e um copo. A mistura foi feita a partir da junção de 2 xícaras, na medida de 200 mL, de maisena (amido de milho) comercial, 50 mL de água e corante alimentício, que neste caso foi utilizado para facilitar a visualização do experimento. A solução foi obtida da seguinte forma: foram diluídas algumas gotas do corante na água reservada para o experimento e esta foi adicionada a maisena até obter a consistência adequada.

2.2.Descrição das forças aplicadas na mistura

O experimento consistiu basicamente em aplicar tensões de cisalhamento com diferentes intensidades onde foram avaliadas as taxas de formação apresentadas.

Com uma das mãos, foi feita a imersão de dois dedos na mistura de forma suave, ou seja, foi aplicada uma tensão de cisalhamento leve. Para comparar, com uma das mãos fechadas, foram aplicados movimentos de soco na amostra. O martelo neste experimento foi utilizado de forma similar. Foi colocado suavemente sobre a mistura e depois foram feitos movimentos constantes e de alta intensidade.

Por último, uma porção da amostra foi colocada sobre uma palma da mão e imediatamente iniciaram-se movimentos circulares, com a mão exercendo uma pressão sobre a mistura. Depois de algum tempo, o movimento foi cessado. Os testes feitos com as mãos foram replicados em uma amostra líquida de água.

3 ANÁLISE DO EXPERIMENTO

O amido de milho possui grânulos de diâmetro na faixa de 5 a 25 μm segundo Penfield e Campbell. Do posto de vista físico, a solução de água e maisena se comporta como um coloide, pois compreende partículas microscópicas em solução. Estas partículas, que são muito pequenas, são influenciadas pela temperatura e por cargas elétricas que se acumulam o que faz com que haja repulsão entre as partículas.

A partir disso, podemos concluir que, quando forças de intensidade leve são aplicadas, como, por exemplo, a delicada imersão dos dedos e do martelo, os grãos se repelem e deslizam entre si, como um fluído e por isto, nestas ocasiões a mistura se comportou como um líquido. Já quando foram impostas tensões de cisalhamento elevadas a mistura, como por exemplo, os golpes de soco aplicados e as marteladas, a repulsão foi “superada” e foi gerado um atrito da solução contrário ao movimento aplicado, o que nestes casos mostrou um comportamento sólido da mistura.

O comportamento contrário foi identificado quando os testes foram repetidos em uma tigela cheia de água. A água apresentou viscosidade constante independente da força (tensão de cisalhamento) aplicada.

Podemos também analisar os experimentos a partir de gráficos.

Figura 1 - Gráfico da tensão de cisalhamento vs taxa de deformação para Fluidos Não Newtonianos e Newtonianos

Figura 2 - Viscosidade aparente como função da taxa