A reologia pode ser considerada como a ciência que lida com a deformação e escoamento de corpos. É definida como o estudo da deformação e do escoamento de materiais, devido à força nele aplicada, ou seja, está relacionada com a deformação de sólidos e deformação e escoamento de fluidos líquidos e gasosos.
Importância
As medidas ou predições das propriedades reológicas de alimentos são muito importantes em cálculos de engenharia de processos, controle de qualidade e determinação das propriedades de ingredientes, entre outros. As características reológicas de alimentos sólidos estão ligadas principalmente à textura, enquanto em alimentos líquidos, ao processo. No estudo do escoamento de fluidos é importante quantificar e tipificar sua resistência à deformação. Podem ser classificados em dois grandes grupos: newtonianos e não.
Reologia de fluidos e sólidos
Os fluidos reais, líquidos e gases, apresentam uma certa resistência ao escoamento ou deformação, resultante da viscosidade ou “viscosidade aparente” do material. Para os gases, a viscosidade está relacionada com a transferência de impulso devido à agitação molecular. A viscosidade dos líquidos relaciona-se mais com as forças de coesão entre as moléculas. Os fluidos sofrem transformações irreversíveis. A energia mecânica não é recuperável, sendo transformada em escoamento viscoso e energia térmica. As substâncias sólidas podem apresentar um comportamento elástico ideal. Denomina-se elasticidade a toda deformação reversível. As substâncias que apresentam um comportamento elástico ideal sofrem deformação instantânea sob ação de uma força, que desaparece quando a tensão é eliminada. Caso a tensão aplicada exceda um certo limite, ocorre uma deformação plástica. O trabalho empregado na deformação de um sólido elástico ideal é totalmente recuperado quando o sólido volta à sua forma original.
Tensão de cisalhamento
Consideremos um elemento de volume com a forma de um paralelepípedo e consideremos a resposta do material a uma força externa aplicada.
Sob estas condições, se desenvolverá uma força interna agindo na mesma direção, mas em sentido contrário, denominada tensão, definida como força por área. Existem basicamente dois tipos de tensão:
Deformação e taxa de deformação
Considere agora, um fluido localizado entre duas placas planas separadas por uma distância y. Uma força é aplicada na placa superior, resultando na movimentação desta a uma velocidade constante em relação à placa inferior, fixa. Supondo que não haja deslizamento do fluido nas paredes das placas, a força aplicada pela placa no fluido será equilibrada por uma força cisalhante produzida pela viscosidade do fluido. Essa força cisalhante, pela área da placa é a chamada tensão de cisalhamento. A tensão de cisalhamento produz um escoamento viscoso, uma deformação no fluido, e um gradiente de velocidade, que é equivalente à taxa de deformação.
Esquema de classificação dos fluidos segundo comportamento reológico.
Fluidos Newtonianos
O comportamento newtoniano indica que a viscosidade do alimento é independente da taxa de deformação a que ele está submetido. Possui um único valor de viscosidade, em uma dada temperatura. Exemplos: gases, água, leite, soluções de sacarose e óleos vegetais.
Não newtonianos
Possui a relação entre taxa de deformação e tensão de cisalhamento mais complexa, pois a viscosidade varia com a taxa de deformação e com a necessidade da tensão de cisalhamento inicial.
São classificados naqueles que:
Possuem propriedades independentes do tempo de cisalhamento
As propriedades reológicas não dependem do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento.
Pseudoplásticos: essas substâncias em repouso apresentam um estado desordenado, e quando submetidas a uma tensão de cisalhamento, suas moléculas tendem a se orientar na direção da força aplicada. Quanto maior a tensão aplicada, maior será a ordenação. Conseqüentemente, a viscosidade aparente será menor. Exemplos: polpas de frutas, caldos de fermentação, melaço de cana.
Dilatantes: apresentam um aumento de viscosidade aparente com a tensão de cisalhamento. Uma explicação para isso, no caso de suspensões, é que à medida que se aumenta a tensão de cisalhamento, o líquido intersticial que lubrifica a fricção entre as partículas é incapaz de preencher os espaços devido a um aumento de volume que freqüentemente acompanha o fenômeno. Ocorre, então, o contato direto entre as partículas sólidas e conseqüente aumento da viscosidade aparente. Exemplos: soluções de amido e soluções de farinha de milho e açúcar.
· com tensão de cisalhamento inicial: requerem a aplicação de uma tensão de cisalhamento superior a um certo valor para que haja deformação. Tal comportamento é considerado conseqüência de uma estrutura interna que impede a movimentação. Sob a ação de uma certa tensão, a estrutura do fluido colapsa e se inicia a deformação.
Plásticos de Bingham
Herschel – Bulkley
Possuem propriedades dependentes do tempo de cisalhamento
As propriedades reológicas dependem do tempo de aplicação da tensão.
Tixotrópicos: apresentam um decréscimo reversível no tempo da força tangencial necessária para manter uma taxa de deformação constante, a uma temperatura constante.
Reopéticos: apresentam comportamento inverso aos tixotrópicos. Os ciclos de histereses destas substâncias dependem da velocidade de mudança da taxa de deformação. Muitas das substâncias citadas anteriormente apresentam certo grau de tixotropia ou reopeticidade que pode ser desprezado.
Viscoelásticos
Existem fluidos que exibem muitas características de sólidos, são os chamados viscoelásticos. Os fluidos viscoelásticos são substâncias que apresentam propriedades viscosas e elásticas acopladas. Quando cessa a tensão de cisalhamento ocorre uma certa recuperação da deformação. Exemplos: massas de farinha de trigo, gelatinas, queijos.