Reologia dos Materiais

Objectivos

No final desta unidade curricular o estudante deverá ter adquirido conhecimentos, aptidões e competências que permitam: reconhecer a importância da viscoelasticidade e de que modo ela afeta a deformação dos fluidos quando sujeitos a tensões de corte e extensionais; saber quais os parâmetros que afetam as funções reológicas dos fluidos, em particular dos polímeros; compreender o comportamento reológico de materiais e produtos tais como: sistemas multifásicos (suspensões, emulsões, misturas poliméricas), cosméticos, alimentos, tintas, etc; medir propriedades reológicas de diferentes tipos de fluidos, em particular dos polímeros, utilizando os equipamentos apropriados; calcular funções reológicas medidas em diferentes geometrias; aplicar o conhecimento reológico do polímero às suas condições de processamento; ajustar os resultados das medidas a equações/modelos apropriadas e extrair daí informação relevante

Caracterização geral

Código

7436

Créditos

6.0

Professor responsável

Maria Teresa Varanda Cidade

Horas

Semanais - 5

Totais - 70

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Não existem procedências obrigatórias, no entanto é aconselhável que os estudantes tenham conhecimentos de polímeros (adquiridos nas unidades curriculares de Química de Polímeros e Física de Polímeros), bem como de matemática (por exemplo resolução de equações diferenciais) e de mecânica de fluidos.

Bibliografia

 H.A. Barnes, J.F. Hutton and K. Walters, “An Introduction to Rheology”, Elsevier Publishers, 1989.

R.B. Bird, R.C. Armstrong and O. Hassager, “Dynamics of Polymeric Liquids: Volume I, Fluid Mechanics”, John Wiley & Sons Inc., 1977.

L.E. Nielsen, “Polymer Rheology”, Marcel Dekker, Inc., 1977.

“Reologia e suas Aplicações Industriais”, A. Gomes de Castro, J.A. Covas e A. Correia Diogo (Eds), Ciência e Técnica (Instituto Piaget), 2001.

“NL Rheology Handbook”, NL Industries, Inc..

 “Paints, Coatings and Solvents”, D. Stoye andW. Freitag(Eds), Wiley – VCH, 2001.

“Introduction to Paint Chemistry and principles of paint technology”, J. Bentley and G.P. Turner, Chapman & Hall, 2000.

“Reologia de Polímeros – Texto de Apoio”, M.T.Cidade, 2005.

Método de ensino

Relativamente aos conteúdos teóricos, a exposição da matéria será feita por recurso à projecção de transparências. Estas serão disponibilizadas aos alunos, na página da disciplina. Esta página conterá todos os elementos relativos à disciplina: objectivos, conteúdos programáticos, calendarização dos diferentes tipos de aulas, métodos de avaliação, enunciados de problemas, guiões dos trabalhos práticos, métodos e resultados de avaliação,  bibliografia aconselhada e sumários, para além das já referidas transparências.

Relativamente a problemas, os alunos serão convidados a os resolver previamente, servindo as aulas para correcção e esclarecimentos de dúvidas. No final das aulas de problemas, todos os alunos, independentemente de terem feito, ou não, a resolução prévia dos exercícios propostos, ficarão com a resolução, a qual será feita no quadro, sempre que possível pelos próprios alunos.

Relativamente a conteúdos práticos, serão realizados 5 trabalhos de laboratório que não só servirão para consolidar os conhecimentos teóricos adquiridos mas também a familiarizar os alunos com equipamentos de medida vulgarmente utilizados na caracterização reológica de fluidos.

Método de avaliação

A avaliação dos trabalhos de laboratório será feita através da realização de um questionário individual, a ser realizado uma a duas semanas após a realização do mesmo.

A classificação final (NF) da disciplina será calculada por recurso à expressão:

 

            NF = 0.60 NT + 0.40 NL            (1)

 

com

 

NT – média dos 2 testes realizados ao longo do semestre, ou nota de exame

NL - Média dos questionários

 

Os alunos poderão dispensar de exame, caso tenham obtido NF igual ou superior a 9.5 val, com um mínimo de 8 val no 1º teste, e com NT (nota de frequência) igual ou superior a 9.5 val.

Os alunos que não tenham obtido aprovação por testes, poderão realizar um exame desde que tenham obtido frequência na disciplina.

Conteúdo

Capítulo 1.    Introdução: O conceito de reologia e a importância do seu estudo.

Fundamentos de reologia: geometria de escoamento, lei de Hooke, lei de Newton,  equações do movimento, equações de Navier Stokes.

Viscoelasticidade: o conceito de viscoelasticidade, sólidos e líquidos viscoelásticos, nº de Déborah.

Classificação dos fluidos: fluidos newtoneanos e fluidos não newtoneanos (reofluidificantes, reoespessantes, etc).

 

Capítulo 2.   Funções reológicas de fluidos não newtoneanos. Viscosidade: Curvas de fluxo, equações cosnstitutivas e modelos que descrevem o comportamento dos fluidos não newtoneanos.

Diferenças de tensões normais: origem, primeira diferença de tensões normais como medida da elasticidade de um fluido, consequências da existência de diferenças de tensões normais não nulas.

Viscoelasticidade linear: comportamento de fluidos viscoelásticos em regime de viscoelasticidade linear; viscosidade complexa, módulo dinâmico e módulo dissipativo.

Viscosidade extensional: tipos de deformação extensional, importância dos escoamentos extensionais, relações entre funções reológicas em corte e extensionais.

 

Capítulo 3.  Instrumentos de medida de funções reológicas Equipamentos simples para controlo de rotina.

Reómetros rotacionais.

Reómetros capilares.

Reómetros extensionais.

 

Capítulo 4. Reologia de polímeros: factores que afectam as propriedades reológicas de polímeros

Efeito da temperatura. Curvas mestras.

Efeito da pressão.

Efeito da massa molecular média e da distribuição de massas moleculares médias.

Efeito da estrutura molecular: efeito das ramificações, efeito de outros factores estruturais.

Efeito da presença de aditivos.

Efeito da adição de solventes: reologia das soluções poliméricas; viscosidade em função da concentração, dependência da viscosidade de soluções poliméricas com a temperatura e a taxa de corte, propriedades reológicas dinâmicas de soluções poliméricas.

 

Capítulo 5.   Reologia de polímeros líquido-cristalinos Introdução: a noção de cristal líquido e de polímero líquido-cristalino.

Reologia de polímeros líquido-cristalinos liotrópicos: curvas de viscosidade em função da concentração, viscosidade e diferenças de tensões normais em função da taxa de corte, influência da temperatura, da concentração e da massa molecular média do polímero nas funções reológicas das soluções liotrópicas.

Reologia dos polímeros líquido-cristalinos termotrópicos: viscosidade e diferenças de tensões normais em função da taxa de corte, influência da temperatura e da massa molecular média do polímero nas funções reológicas de polímeros termotrópicos.

Modelos aplicáveis ao comportamento reológico de polímeros liquido-cristalinos.

 

Capítulo 6.   Reologia de sistemas poliméricos multifásicos Reologia de suspensões: suspensões diluídas, suspensões concentradas,

Reologia de emulsões.

Reologia de polímeros reforçados com fibra.           

Reologia de misturas de polímeros. Caso particular da reologia de misturas de termoplásticos com polímeros liquido-cristalinos.

Reologia de copolímeros de blocos.

 

Capítulo 7. Reologia de produtos alimentares

Seminário proferido por docente externo

 

Capítulo 8. Reologia de produtos farmacêuticos e de cosméticos

Seminário proferido por docente externo

 

Capítulo 9.   Reologia de tintas

Importância da reologia na indústria das tintas. Tixotropia e tempo de recuperação da viscosidade.

Factores de que depende a reologia de uma tinta: natureza do ligante, composição do solvente, concentração do ligante, conteúdo em pigmentos, temperatura.

Relação entre a taxa de corte e as propriedades das tintas: nivelamento, sedimentação, pintura, etc.

Utilização de aditivos modificadores da reologia das tintas.

Relação entre viscosidade da tinta e método de aplicação.

 

Capítulo 10.   Reologia de Materiais  de Construção

Importância da reologia em construção civil e obras públicas. Os conceitos de tensão de cedência e viscosidade plástica. Dependência destes com a taxa de corte, a temperatura e a composição da mistura. Modelos aplicáveis à reologia destes materiais.

Seminário proferido por docente do DEC

 

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: