DEFORMAÇÃO, VISCOSIDADE, TENSÃO DE CISALHAMENTO E TAXA DE CISALHAMENTO

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1.1.1. UTILIZAÇÃO DA REOLOGIA

Os princípios da reologia são muito utilizados na Indústria Alimentícia (controle de qualidade, textura e consistência de alimentos), na Indústria Química (fabricação e controle de qualidade de tintas, colas, vernizes), na Indústria Farmacêutica (estabilidade de suspensões, emulsões, estabilidade química, biodisponibilidade), em Laboratórios de Análises Clínicas (reologia do sangue)......................................................................................

Pesquisas relacionadas com reologia de formulações farmacêuticas de uso tópico a cada dia se tornam mais comuns nas pesquisas feitas pela comunidade científica, porque atualmente conseguimos reparar que a estabilidade física de uma formulação é de extrema importância para o controle de qualidade, aceitação pelo consumidor e eficácia do medicamento.

No período de pesquisa e desenvolvimento de formulações, as medições reológicas aplicam-se para definir o grau de dificuldade com o qual a substância pode ser despejada de um frasco, apertada em um tubo ou qualquer recipiente deformável, manter a forma do produto num frasco, ou, após a extrusão (que corresponde ao processo de forçar uma massa semi-sólida através de um septo furado ou de um orifício), esfregar o produto sobre a pele ou bombear o produto do equipamento onde se procedeu a mistura ou enchimento.

Em geral, a reologia tem por finalidade manter as propriedades intrínsecas de escoamento de um produto, durante o tempo em que ele permanece na prateleira.

Reologia é indispensável para:

a) Definir a funcionalidade de ingredientes no desenvolvimento de produtos;..............

b) Controle de qualidade do produto final ou intermediário;

c) Determinação da vida de prateleira de um produto;

d) Avaliação da textura para correlação com dados sensoriais;

e) Cálculo de engenharia de processos englobando uma grande quantidade de equipamentos como agitadores, extrusoras, bombas e trocadores de calor.

1.2. DEFORMAÇÃO, VISCOSIDADE, TENSÃO DE CISALHAMENTO E TAXA DE CISALHAMENTO.

Quando se trata de fluidos ideais qualquer deformação relata algum tipo de escoamento irreversível entre as moléculas ou entre as camadas, a maneira mais frequente de deformação nos fluidos é por cisalhamento simples, que causa um escoamento tipificado pelo movimento relativo das moléculas do fluido em razão à ação de uma força externa.

Um dos atributos medido na deformação de fluidos é a viscosidade, que é muito importante para uso e aplicação dos materiais fluidos. Além de ser uma medida direta da qualidade do fluido em serviço, a viscosidade pode relatar informações úteis em relação as variações estruturais que acontecem no tempo em que é exercida uma deformação ou tensão sob o fluido.

Viscosidade pode ser caracteriza como a resistência ao movimento do fluir de uma substância. O debate dos conceitos de tensão de cisalhamento e da taxa de cisalhamento são muito necessários, para que possamos compreender melhor o conceito físico e matemático da viscosidade. Tome como exemplo um líquido entre duas placas, uma fixa e outra móvel. À medida que a placa móvel é deslocada, ocorre um gradiente de velocidade do fluido que vai desde zero na interface com a placa fixa até o valor máximo na interface da placa móvel. Quanto maior a força imposta sob a placa móvel, maior será o gradiente de velocidade do fluido.

A figura abaixo mostra as forças que atuam em um fluido viscoso entre placas, cisalhado após a força de cisalhamento inserida junto a placa móvel.

[pic 2]

Tensão de cisalhamento:

A tensão de cisalhamento (τ) é dita como a força (F) que, quando imposta a uma área (A) da inteface, entre a superfície móvel e o líquido abaixo, promove um fluxo na primeira camada de líquido e esta, na segunda e assim por diante. A superfície pode ser um plano, a parede de um tubo, etc. A velocidade do fluxo que pode ser preservada por essa força, pode ser controlado pela viscosidade.

A tensão de cisalhamento provoca um fluxo no líquido, tomemos a imagem acima como exemplo. Uma velocidade máxima de fluxo (V = Vmáx) surgirá na camada em contato com a superfície em movimento. A velocidade diminui camada por camada. Na medida que se alcancem camadas mais distantes daquela em contato direto com a superfície em movimento, até chegar a uma velocidade mínima (V = 0) próxima de zero, na camada que interage com a superfície estacionária. A velocidade das camadas varia infinitamente, de Vmáx até V0 com a altura (h) entre as superfícies em movimento desde que o fluxo seja laminar. Nesse caso uma camada de líquido move-se então sobre as camadas adjacentes, sendo responsável por uma pequena parte do movimento total.

Podemos descrever a tensão de cisalhamento pela equação abaixo:

[pic 3]Onde:

τ = Tensão de cisalhamento. As unidades no sistema internacional são: N/m2 ou pascal (Pa).

F = Força necessária para provocar um deslocamento na chapa (para o fluido escoar);

A = área exposta ao cisalhamento.

Taxa de cisalhamento:

A taxa de cisalhamento é carecterizada como a variação de velocidade de fluxo com a variação da altura (distância da superfície responsável pelo cisalhamento). É o deslocamento relativo das partículas ou moléculas do material.

Usemos como exemplo o modelo de placas paralelas (figura abaixo) para compreendermos a dessemelhança em relação a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. Em ambos os casos abaixo a tensão de cisalhamento é a mesma, porém, por “h1” ser maior que “h2”, a taxa de cisalhamento no primeiro caso é inferior comparada ao segundo caso:............................................................................................................................[pic 4]

Essa taxa, dimensiona o quanto as camadas do fluido "deslizam" umas sobre as outras. Quando existe um número reduzido de camadas para uma mesma deformação (ΔL), por consequência temos um valor maior

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