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Faculdade de Ciências e Tecnologia

Reologia dos Materiais

Código

7436

Unidade Orgânica

Faculdade de Ciências e Tecnologia

Departamento

Departamento de Ciências dos Materiais

Créditos

6.0

Professor responsável

Maria Teresa Varanda Cidade

Horas semanais

5

Total de horas

75

Língua de ensino

Português

Objectivos

Saber

Distinguir entre fluidos newtoneanos e fluidos nao newtoneanos

Reconhecer a importância da viscoelasticidade e de que modo ela afecta a deformação dos fluidos quando sujeitos a tensões de corte e extensionais
Reconhecer a importância da existência de diferenças de tensões normais não nulas nos materiais viscoelásticos e de que modo estas podem afectar o comportamento reológico  e o processamento
Reconhecer a importância da viscosidade extensional dos fluidos viscoelásticos e o modo como esta pode influenciar o seu escoamento e processamento

Saber quais os parâmetros que afectam 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.
Fazer Medir propriedades reológicas de diferentes tipos de fluidos, em particular dos polímeros, utilizando os equipamentos apropriados (viscosímetros e reómetros)
Calcular funções reológicas medidas em diferentes geometrias 
Ajustar os resultados das medidas a equações/modelos apropriadas e extrair daí informação relevante
Aplicar o conhecimento reológico do polímero às suas condições de processamento 
Soft Skils Capacidade de planear o trabalho e organização
Aplicação de conhecimentos anteriores, gestão de tempo e cumprimento de planos
Capacidade de iniciativa e de resolução de problemas
 Capacidade de comunicar resultados
Postura e preocupação com a qualidade 

Pré-requisitos

Não existem precedências obrigatórias. No entanto, aconselha-se que os alunos tenham frequência das disciplinas Química de Polímeros, Física de Polímeros e Mecânica dos Materiais II.

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.    Ca  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: Introdução: a importância da reologia no sector alimentar. Tipos de ensaios reológicos: ensaios fundamentais, ensaios empíricos e ensaios imitativos. Ensaios fundamentais: caracterização do comportamento reológico de produtos alimentares, reologia de soluções de polissacáridos e de proteínas. Tipos de ensaios empíricos e imitativos. A importância do estado vítreo nos alimentos.
 
 
Capítulo 8. Reologia de produtos farmacêuticos e de cosméticos: Introdução: a importância da reologia no campo medicamentoso e de cosmética. Sistemas newtoneanos e não newtoneanos. Os conceitos de consistência, espalmabilidade (ou extensabilidade) e lubricidade. Tipos de comportamento observados nos produtos farmacêuticos e cosméticos: plástico, reofluidificante, reoespessante, tixotrópico. Reogramas e curvas de fluxo. Viscoelasticidade. Ensaios oscilatórios. Alguns exemplos de “modificadores reológicos” nas formulações. Variações reológicas, envelhecimento e biocaducidade. Características reológicas como medida da libertação de fármacos.
 
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 á reologia destes materiais.

Bibliografia

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

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

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

[4]     A.W. Birley, B. Haworth and J. Batchelor, “Physics of Plastics: Processing, Properties and Materials Engineering”, Hanser Publishers, 1991.

[5]     G.V. Vinogradov and A.Ya. Malkin, “Rheology of Polymers”, Mir Publishers, 1980.

[6]     C.L. Rohn, “Analytical Polymer Rheology: structure – processing – property relationships”, Hanser Publishers, 1995.

[7]     R.G. Larson, “The Structure and Rheology of Complex Fluids”,OxfordUniversityPress, 1999.

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

[9]     “NL Rheology Handbook”, NL Industries, Inc..

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

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

[12] “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 a data show. Os slides serão disponibilizadas aos alunos, na página da disciplina.

Relativamente a problemas, os alunos serão convidados a  resolver alguns deles previamente, servindo as aulas, nestes casos, 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 feitos cinco trabalhos de laboratório, em que os alunos terão oportunidade de trabalhar com um medidor de índice de fluidez, com um viscosímetro capilar tipo Ubhelode e com um reómetro rotacional.

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 nota do laboratório (NL) será calculada por recurso à expressão:

            NL = 0.8 Nq + 0.2 Nc                                               (1)

com 

Nq – classificação do questionário

Nc – classificação do trabalho realizado, fora do horário lectivo, pelo aluno, de acordo com o solicitado no guião do trabalho de laboratório (modelação de resultados, cálculo de energias de activação, etc)

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

            NF = 0.60 NT + 0.25 NL + 0.15 Ni              (2)

com

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

Ni – nota atribuída pela participação do aluno nas aulas de resolução de problemas, e que terá em conta não só a nota atribuída pela resolução prévia dos problemas, mas também o número de aulas assistidas e participação durante a própria aula.

Os alunos poderão dispensar de exame, caso tenham obtido NF igual ou superior a 9.5 val, com um mínimo de 8 val em cada teste, e com NT igual ou superior a 9.0 val.

Os alunos que não tenham obtido aprovação por testes, poderão realizar um exame desde que tenham obtido frequência na disciplina, sendo a frequência dada pela média ponderada da nota do laboratório, NL, e da nota de participação, Ni, média esta que terá de ser igual ou superior a 9.5 val.

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