Considere os três tipos de dispositivos para medida de viscosidade viscosímetro rotacional, viscosímetro capilar e reômetro/viscosimetro de placas. Explique o funcionamento de cada um deles em termos de medida de viscosidade e sua respectiva aplicação em função do tipo de fluido.
Passo 1
O enunciado pede para explicar como funcionam três instrumentos de medida de viscosidade – o viscosímetro rotacional, o viscosímetro capilar e o reômetro (ou viscosímetro de placas) – e indicar para quais tipos de fluido cada um é mais indicado. O conteúdo principal é o conceito de viscosidade dinâmica, definida por
onde
é a tensão de cisalhamento e
é a taxa de deformação (taxa de cisalhamento).
Passo 2
Viscosímetro rotacional
Funciona imergindo um elemento giratório (cíclo, cone-ou-placa ou cilindro) no fluido e aplicando um torque para girá-lo a uma velocidade angular conhecida. O instrumento mede o torque
necessário para manter
. A partir da geometria do conjunto e da relação
Funciona imergindo um elemento giratório (cíclo, cone-ou-placa ou cilindro) no fluido e aplicando um torque para girá-lo a uma velocidade angular
estima-se
.
Aplicação: ideal para fluidos de média a alta viscosidade e não newtonianos (tintas, polímeros, suspensões), pois permite varrer diferentes taxas de cisalhamento e obter a curva .
Aplicação: ideal para fluidos de média a alta viscosidade e não newtonianos (tintas, polímeros, suspensões), pois permite varrer diferentes taxas de cisalhamento e obter a curva
Passo 3
Viscosímetro capilar
Baseia-se na lei de Poiseuille: um fluido Newtoniano escoa por um tubo capilar de raio e comprimento
sob diferença de pressão
. O volume por unidade de tempo é
Baseia-se na lei de Poiseuille: um fluido Newtoniano escoa por um tubo capilar de raio
Mede-se o tempo
que um volume padronizado leva para fluir; conhecendo
,
,
e a densidade
, obtém-se
Aplicação: ótimo para fluidos Newtonianos de baixa a média viscosidade (óleos, solventes, fluidos farmacêuticos), quando se quer uma medida simples e reprodutível de
.
Passo 4
Reômetro (viscosímetro de placas)
Usa duas superfícies paralelas (placa superior giratória e base fixa) separadas por uma distância , preenchidas pelo fluido. Controla-se a rotação da placa superior (definindo
) e mede-se o torque
. Calcula-se a curva de tensão de cisalhamento
versus taxa
, permitindo caracterizar fluidos complexos (viscoelásticos, com rendimento, tixotrópicos).
Aplicação: indispensável para caracterizar fluidos não newtonianos com estruturas internas (géis, pastas, polímeros fundidos, suspensões concentradas).
Usa duas superfícies paralelas (placa superior giratória e base fixa) separadas por uma distância
Aplicação: indispensável para caracterizar fluidos não newtonianos com estruturas internas (géis, pastas, polímeros fundidos, suspensões concentradas).
Resposta
Viscosímetro rotacional – mede torque e velocidade angular, indicado para fluidos de média/alta viscosidade e não newtonianos;
Viscosímetro capilar – mede tempo de escoamento sob pressão em tubo fino, indicado para fluidos newtonianos de baixa/média viscosidade;
Reômetro de placas – varre tensão versus taxa de cisalhamento em gap controlado, indicado para analisar detalhadamente fluidos complexos viscoelásticos e com comportamento dependente de taxa de cisalhamento.
Viscosímetro capilar – mede tempo de escoamento sob pressão em tubo fino, indicado para fluidos newtonianos de baixa/média viscosidade;
Reômetro de placas – varre tensão versus taxa de cisalhamento em gap controlado, indicado para analisar detalhadamente fluidos complexos viscoelásticos e com comportamento dependente de taxa de cisalhamento.