Defina fluidos tixotrópicos e reopéticos.
Passo 1
O enunciado pede que eu defina dois tipos de fluidos: tixotrópicos e reopéticos.
Informações dadas: nenhuma além dos nomes; portanto vou explicar desde o básico (o que é viscosidade, esforço cortante, taxa de cisalhamento) e depois definir cada tipo com exemplos, mecanismo físico e como identificar experimentalmente.
Informações dadas: nenhuma além dos nomes; portanto vou explicar desde o básico (o que é viscosidade, esforço cortante, taxa de cisalhamento) e depois definir cada tipo com exemplos, mecanismo físico e como identificar experimentalmente.
Passo 2
Antes de definir os dois tipos, precisamos entender alguns conceitos básicos que aparecem sempre nessas definições. Vou explicar de forma simples e com poucas fórmulas para você poder usar na prova.
- Viscosidade: é a “resistência” do fluido ao escoamento. Em fluidos simples (Newtonianos) a viscosidade é uma constante que relaciona esforço cortante e taxa de cisalhamento.
- Esforço cortante e taxa de cisalhamento: o esforço cortante é a força por unidade de área que “puxa” uma camada do fluido sobre outra; a taxa de cisalhamento é a velocidade relativa entre camadas por unidade de distância. Em notação comum, o esforço cortante é
e a taxa de cisalhamento é . - Lei de Newton para fluidos (caso fácil): para um fluido newtoniano temos a relação
onde
é a viscosidade (constante). Isso significa que, para esses fluidos, duplicar
duplica
e
não depende do tempo nem de
.
Passo 3
Agora o que muda em fluidos não-Newtonianos: a relação entre
e
deixa de ser linear simples e/ou passa a depender do tempo. Há duas ideias importantes que você precisa distinguir quando for responder numa prova:
- Dependência instantânea de
: a viscosidade muda imediatamente com a taxa de cisalhamento. Exemplos: pseudoplásticos (shear-thinning) e dilatantes (shear-thickening). - Dependência temporal (o ponto chave para tixotropia e reopexia): a viscosidade muda com o tempo enquanto o fluido é submetido a uma taxa de cisalhamento mantida constante. Ou seja, além da possível dependência com
, existe uma variação de ao longo do tempo durante a aplicação do cisalhamento.
Passo 4
Definição matemática-operacional (útil para prova): considere a viscosidade como função do tempo sob uma taxa de cisalhamento mantida constante, ou seja
, onde
é fixo durante o ensaio.
- Fluido tixotrópico: é aquele em que, sob uma taxa de cisalhamento constante
, a viscosidade decresce com o tempo. Em notação:
Depois que o cisalhamento cessa, a estrutura do fluido tende a se recuperar gradualmente e a viscosidade retorna (parcial ou totalmente) ao valor inicial em repouso.
- Fluido reopético (ou reopéctico, em inglês “rheopectic” ou “rheopexy”): é o oposto temporal — sob uma
constante a viscosidade aumenta com o tempo:
Também aqui a mudança costuma ser reversível quando o cisalhamento é removido, mas com dinâmica de reestruturação diferente.
Passo 5
Expliquei a condição matemática; agora a intuição física (o que está acontecendo microscopicamente):
- Em tixotropia ocorre uma quebra progressiva da rede interna ou aglomerações de partículas/estruturas internas quando o fluido é “mexido” de forma contínua. Essas estruturas (pontes, geles fracos, flocos) fornecem resistência ao escoamento em repouso; ao serem desmontadas pelo cisalhamento, o fluido fica mais “fino” com o tempo. Quando o cisalhamento para, as partículas se reatravancam e a estrutura se reconstrói aos poucos.
- Em reopexia ocorre o processo inverso: o cisalhamento favorece uma reorganização que forma progressivamente uma estrutura mais resistente (por exemplo alinhamento ou enovelamento que aumenta as interações). Assim, o fluido engrossa enquanto continua sendo submetido ao cisalhamento.
Passo 6
Diferença entre tixotropia/reopexia e pseudoplasticidade/dilatância (ponto que costuma confundir, foca na prova):
- Pseudoplástico (shear-thinning): viscosidade diminui com o aumento instantâneo de
. Isso é uma resposta imediata à mudança de taxa de cisalhamento — sem contar o tempo. - Tixotrópico: além de eventualmente ser shear-thinning, tem a componente temporal: mesmo mantida uma
fixa, a viscosidade continua a cair com o tempo. - Dilatante (shear-thickening): viscosidade aumenta instantaneamente com
. - Reopético: viscosidade aumenta com o tempo sob cisalhamento constante (componente temporal).
Resumo prático para prova: “instantâneo vs temporal”.
Passo 7
Como identificar experimentalmente (resposta prática curta que vale na prova):
- Aplique uma taxa de cisalhamento constante e monitore
. Se decresce com o tempo → tixotrópico. Se cresce com o tempo → reopético. - Outro teste: faça um ensaio de rampa em
crescente e depois decrescente; a presença de um laço de histerese no gráfico versus indica dependência temporal (área do laço e direção ajudam a distinguir tixotropia). Esses ensaios são feitos em reômetros.
Passo 8
Exemplos e aplicações rápidas (para fixar):
- Tixotrópicos: tintas (facilitam a aplicação: fluem ao pincelar e estabilizam quando em repouso para evitar escorrimento), algumas suspensões como bentonitas, géis, alguns alimentos (certos iogurtes e molhos) e coloides. Esses são comuns e muito úteis na engenharia.
- Reopéticos: mais raros; aparecem em algumas pastas complexas, alguns lubrificantes com aditivos específicos e certas suspensões industriais. Como são menos comuns, em provas frequentemente basta dizer que são raros e dar um exemplo genérico de “certas suspensões que se engrossam com tempo de cisalhamento”.
Passo 9
Dicas de enunciado/prova (padrões de pergunta):
- Se o enunciado fala “viscosidade diminui com o tempo sob cisalhamento constante”, responda “tixotrópico”.
- Se diz “viscosidade aumenta com o tempo sob cisalhamento constante”, responda “reopético”.
- Se o enunciado fala apenas “viscosidade diminui ao aumentar a taxa de cisalhamento” sem mencionar tempo, está falando de pseudoplasticidade (não necessariamente tixotropia). Sempre cheque se o enunciado menciona “com o tempo” ou “instantaneamente”.
Resposta
Tixotrópico: fluido cuja viscosidade diminui com o tempo quando submetido a uma taxa de cisalhamento constante; a estrutura interna se quebra sob cisalhamento e se reconstrói gradualmente em repouso.
Reopético: fluido cuja viscosidade aumenta com o tempo quando submetido a uma taxa de cisalhamento constante; o cisalhamento promove uma reorganização/fortalecimento da estrutura interna que torna o fluido mais viscoso ao longo do tempo.