Esta obra trata da reologia, abordando seus fundamentos teóricos e práticos. São oito capítulos que explicam de maneira simples os fenômenos complexos e trazem conselhos sobre “o que fazer e o que não fazer”. Fornecem ao leitor conhecimentos em um campo que é, técnica e cientificamente, fascinante e ainda uma possível recompensa comercial.

Reologia e Reometria é dirigido para os engenheiros químicos, de alimentos, de materiais, de produção, químicos industriais, além de químicos e farmacêuticos, físicos, técnicos de diversas áreas das indústrias de processos e estudantes das diferentes áreas do conhecimento.

Há 15 anos a empresa alemã Haake publicou um manual com o título “Introdução à Viscosimetria Prática” que teve grande repercussão, e foi traduzido para sete idiomas. Nos anos 1970, a nossa intenção era ensinar sobre viscosimetria no maior número possível de países para fazer as pessoas entenderem qual era o significado do comportamento de um fluxo não-Newtoniano e qual a conseqüência técnica da dependência da taxa de cisalhamento de muitos fluidos tecnicamente importantes. Nesse mesmo tempo existiam muitas áreas, como a indústria de tintas, por exemplo, onde o “Copo Ford” era considerado uma ferramenta eficiente e com a qual os técnicos das fábricas classificavam ou monitoravam as bateladas de tintas como “boas” ou “ruins”, ou ainda “dentro” ou “fora” das especificações. Os viscosímetros disponíveis com os nomes Redwood, Sayboldt, e outros, custavam algumas centenas de dólares. Viscosímetros rotacionais com um programador de velocidade de rotor e um registrador x/t disponíveis foram vendidos por preços quase cem vezes superiores. Isso deve ter causado satisfação às empresas, quando laboratoristas questionavam a quantidade de dinheiro necessária para a compra de um novo viscosímetro rotacional, enquanto o “Copo Ford” era barato, não quebrava e tinha sido suficiente para o controle da qualidade por longo tempo. A Haake estava orgulhosa por ter contribuído com os viscosímetros rotacionais, promovendo seminários internacionais sobre viscosimetria e divulgando folhetos para a sua compreensão como um pequeno, mas importante segmento da física. O grande interesse em viscosimetria, durante a última década, levou a um surpreendente crescimento no número de viscosímetros vendidos, os quais têm encontrado muitos usuários no mundo, tanto em pesquisas científicas como em aplicação industrial.

Nos anos 1970, os diretores da Haake, naturalmente, conheciam o trabalho do famoso professor Weissenberg, que já havia provado nos anos 1940 que muitos fluidos apresentavam uma resposta viscosa e elástica a uma tensão de cisalhamento. Ele também desenvolveu o reômetro (Rheogonometer), o primeiro instrumento para medir tanto a tensão de cisalhamento, definindo a viscosidade, quanto a força normal, caracterizando a elasticidade em uma dada taxa de cisalhamento. O primeiro reômetro “top-class” era muito pesado e sem forma para os padrões de hoje e custou um quarto de milhão de dólares, o que limitou sua venda para laboratórios de pesquisa. Assim, somente uma centena desses instrumentos foi feita ao longo de trinta anos e, conseqüentemente, seu fornecedor deixou de fabricá-los. Nessa época, a empresa Haake não oferecia reômetros com essa sofisticação, sendo, de fato, melhores do que o “Copo Ford”, mas com valores proibitivos.

Nos últimos 15 anos, grandes mudanças aconteceram no campo da reologia e da reometria: universidades, faculdades e escolas técnicas passaram a oferecer cursos de reometria com aplicações científica e técnica em números crescentes. Milhares de físicos, químicos e engenheiros têm agora compreendido que, em reologia, a viscosidade e a elasticidade estão interligadas, assim como o homem e a mulher também estão na raça humana. Dessa maneira, um não deve ser considerado mais importante do que o outro.

Atualmente, as máquinas e ferramentas têm melhorado tanto que um rolamento de tolerâncias de fabricação de alguns microns pode ser considerado normal e sensores de deformação dividem 360º de resolução em 1 000 000 (106). Com isso são fabricados reômetros modernos e sensíveis que permitem a medição de respostas reológicas com as quais, há duas décadas, um profissional da área só podia sonhar.

Tudo isso não teria sido possível se a computação não tivesse se tornado uma ferramenta para todos, com os preços dos equipamentos caindo inacreditavelmente, enquanto aumentava o desempenho, em especial nos últimos dez anos. Nós não poderíamos promover testes dinâmicos em departamentos de controle da qualidade sem um computador capaz de processar mudanças de fases de ondas senoidais de deformação, resultando em sinais de tensão por meio da análise de Fourier. Somente computadores podem avaliar testes de fluência e recuperação com cálculos de regressão para diferenciar elasticidade e viscosidade, em função da história cisalhante e do tempo de recuperação. Hoje, a avaliação dos dados é feita, automaticamente, em um minuto ou dois.

Quinze anos já se passaram desde que a 1ª edição do livro “Introdução a Prática de Viscosimetria” foi lançado, e já é hora de uma versão totalmente revisada, incluindo novos capítulos, os quais haviam sido intencionalmente omitidos, e aqueles acerca dos quais nós não poderíamos ter nos reportado por causa dos métodos que ainda não haviam sido totalmente desenvolvidos. Existem vários livros novos e antigos feitos por “reologistas” importantes, tais como: Walters, Ferry, Cheng, Laun Gleissle e outros, os quais deveriam ser referenciados. Seus trabalhos oferecem muitas informações, as quais algumas vezes são de difícil compreensão para iniciantes em reologia. Assim, espera-se que este livro, que tenta dar uma explicação simples para fenômenos complexos e conselhos sobre “o que fazer e o que não fazer”, possa fornecer ao leitor conhecimentos em um campo que é, técnica e cientificamente, fascinante e ainda uma possível recompensa comercial.

Gebhard Schramm

1 - Introdução à reometria

A reologia descreve a deformação de um corpo sob a influência de tensões. Corpos, neste contexto, podem ser sólidos, líquidos ou gases.

• Sólidos ideais se deformam elasticamente. A energia requerida para a deformação é completamente recuperada quando a tensão é removida.

• Fluidos ideais, tais como líquidos e gases, deformam-se irreversivelmente, eles fluem. A energia requerida para a deformação é dissipada sob a forma de calor e não pode ser recuperada pela remoção da tensão.

Os corpos reais não são nem sólidos ideais e nem fluidos ideais. Os sólidos reais também podem se deformar irreversivelmente quando sob a influência de forças de magnitude suficiente — eles fluem.

Exemplo: aço — um sólido típico — pode ser forçado a fluir como no caso de chapas de aço quando pressionadas em um molde para, por exemplo, a estampagem de peças de automóveis.

Somente alguns líquidos de importância técnica ou prática se aproximam dos líquidos com comportamento ideal. A grande maioria dos líquidos apresenta um comportamento reológico que os classifica em uma região entre os líquidos e os sólidos: eles são elásticos e viscosos e, por isso, podem ser chamados de viscoelásticos. Sólidos podem sofrer tensão, como a cisalhante, por exemplo, enquanto a água pode somente ser cisalhada.

Essa classificação do comportamento reológico de materiais relacionado com as respostas a uma tensão aplicada deve ser posteriormente estendida para a escala de tempo do processo de deformação: está escrito na Bíblia que “tudo flui, até montanhas, se você esperar o tempo suficiente”.

Gebhard Schramm – Nasceu em 1932 na cidade alemã de Göttingen. Diplomou-se na área de processamento de plásticos nas universidades técnicas de Karlsruhe e Aachen entre 1953 e 1958. Como bolsista da Fulbright, freqüentou a Washington University (EUA), nos anos de 1958 e 1959. Trabalhou em quatro empresas, em diferentes cargos, como gerente de produção, de desenvolvimento de equipamentos para a caracterização de polímeros e gerente internacional de venda de equipamentos para reologia. Publicou inúmeros trabalhos e realizou palestras sobre reologia e reometria. Este livro resume suas experiências e foi traduzido para dez idiomas.

Os tradutores

Cheila Gonçalves Mothé – Diplomada em Engenharia Química, mestre em Ciência e Tecnologia de Polímeros, doutor em ciências na área de Análise Térmica de Polímeros (USP/University of the Air – Japão, 1992), pós-doutorado em Reologia e Análise Térmica (Cornell University, 1998, e Cleveland State University, 2003, EUA). Possui 380 trabalhos publicados em periódicos e congressos nacionais e internacionas; patentes e alguns prêmios. Atualmente é professora titular da Escola de Química na Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Denise Zaldenando Correia – Engenheira química, formada pela Escola de Química da UFRJ. Pós-graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos pela RFRJ, na área de Reologia de Sucos. Doutoranda do curso de pós-graduação na área de Reologia e AT de Petróleo da UFRJ. Possui 29 trabalhos publicados.

Hans-Michael Petri – Formou-se em Físico-Química, doutor em Termodinâmica de Polímeros, Universidade Johannes Gutenberg, Mainz, Alemanha. Em 1995, ingressou como especialista de reologia na empresa Gebr. Haake GmbH, fabricante de equipamentos para pesquisa, desenvolvimento e controle da qualidade. Em 1999, mudou-se para São Paulo, exercendo o cargo de gerente regional para a América Latina da empresa Thermo Electron (Karsruhe) GmbH. Atualmente ministra cursos e seminários de reologia em todo o Brasil.

Michelle Gonçalves Mothé – Graduanda em Engenharia Química pela Escola de Química da UFRJ. Realizou estágio na Refinaria de Petróleo de Manguinhos S.A., bolsista do CNPq na área de Reologia e Análise Térmica de Alimentos Funcionais na EQ/UFRJ. Possui oito trabalhos publicados.

Tatiana Carestiato da Silva – Engenheira química, formada pela EQ/UFRJ. Mestre em Ciências pela Coppe/UFRJ na área de Biomateriais. Doutoranda do curso de pós-graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ/UFRJ, na área de Alimentos Funcionais, Reologia e Análise Térmica. Possui 15 trabalhos publicados.