Por que os viscosímetros de orifício não devem ser utilizados para estudos reológicos?
Passo 1
O enunciado pergunta por que um viscosímetro de orifício — que mede a viscosidade inferindo a relação entre queda de pressão e vazão pelo orifício — não serve para estudos reológicos, isto é, para traçar curvas de tensões de cisalhamento versus taxas de cisalhamento. Para responder, precisamos comparar o tipo de informação que o orifício fornece com o que um estudo reológico requer.
Passo 2
Um viscosímetro de orifício baseia-se na equação de Bernoulli corrigida por um coeficiente de descarga. Grosso modo, mede-se a vazão
e a queda de pressão
e usa-se uma relação do tipo
onde
e
dependem da geometria do orifício e
é a densidade. A partir daí calcula-se uma “viscosidade aparente” via calibração para fluidos newtonianos.
Passo 3
Para caracterizar um fluido em termos reológicos precisa-se de
– um campo de cisalhamento bem definido e uniforme,
– um regime laminar e plenamente desenvolvido,
– conhecer a distribuição de taxa de cisalhamento para associar cada
(tensão de cisalhamento) a um valor de
,
– varrer várias taxas de cisalhamento para obter a curva .
– um campo de cisalhamento bem definido e uniforme,
– um regime laminar e plenamente desenvolvido,
– conhecer a distribuição de taxa de cisalhamento
– varrer várias taxas de cisalhamento para obter a curva
Passo 4
No orifício, entretanto, o fluxo é acelerado na entrada, não há comprimento suficiente para desenvolver um perfil de velocidade Poiseuille, surgem gradientes complexos e fluxo extensional, e a taxa de cisalhamento varia fortemente no volume. Como não há um único valor de
característico, não se pode definir nem medir a tensão de cisalhamento em função de uma taxa controlada. Além disso, para fluidos não-newtonianos a descarga e eventuais separações de fluxo modificam ainda mais o comportamento.
Passo 5
Em suma, o orifício só fornece uma viscosidade aparente fixa — útil para controle de qualidade em fluidos newtonianos calibrados — mas não permite mapear a relação
nem investigar comportamentos não-newtonianos, tempo-dependentes ou de escoamento complexo.
Resposta
Porque o escoamento num orifício não apresenta um campo de cisalhamento uniforme e conhecido (há aceleração, extensional e entrada de fluxo), sendo impossível definir e varrer uma taxa de cisalhamento única para obter a curva reológica
. Portanto, não serve para caracterização reológica.