Reologia dos Materiais
Objetivos
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 Helena Figueiredo Godinho
Horas
Semanais - 5
Totais - A disponibilizar brevemente
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 nota final da UC é obtida por recurso à fórmula
NF = (70% NT + 30% NP) + X, com X∈[-1, 1]
com
NT – nota teórico-prática: nota dos testes ou exame (70%) + nota das apresentações em powerpoint (20%) + nota dos testes diagnóstico (10%)
NP - nota dos questionários relativos às aulas de laboratório.
Os(as) alunos(as) que obtiverem, como nota de avaliação contínua, um mínimo de 9.5 val serão dispensados(as) de exame. Os que tendo frequência, não obtiverem o mínimo para a dispensa de exame (mínimo de 8 val na média dos testes), terão acesso ao exame.
A frequência é obtida pela média dos 2 questionários práticos, tendo como mínimo 9.5 valores.
Notas finais: Os(as) alunos(as) TE têm de assistir obrigatoriamente às aulas de laboratório.
A frequência será atribuída por um período de 2 anos.
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