Conheça a reologia: uma ciência que une produtos tão diferentes quanto tintas, molhos, chocolates e petróleo
Por trás da textura de um creme, da consistência de um molho ou do comportamento de um fluido industrial, há um conjunto de princípios que precisam ser estudados. É o que faz a reologia
Imagine passar o rolo de tinta na parede e vê-la escorrer imediatamente, como se fosse água. Ou tentar colocar pasta de dente na escova e perceber que ela simplesmente não "para" no lugar, escorrendo entre as cerdas. Até mesmo o esmalte que aplicamos nas unhas precisa obedecer a um delicado equilíbrio: ser fluido o suficiente para espalhar bem, mas não tanto a ponto de escorrer antes de secar.
Situações corriqueiras como essas escondem uma física sofisticada — e é aí que entra a ciência da reologia.
Por trás da textura de um creme, da consistência de um molho ou do comportamento de um fluido dentro de uma tubulação industrial, existe um conjunto de princípios que determinam como os materiais escoam, deformam e respondem a forças externas.
Otimizar processos é sobreviver
Hoje, a otimização de produtos e processos é essencial para a sobrevivência das indústrias. Não se trata apenas de reduzir custos, mas de garantir qualidade, eficiência e competitividade.
Para isso, é fundamental conhecer e controlar os parâmetros que governam todas as etapas da produção. Da formulação ao transporte, da embalagem ao armazenamento, cada detalhe influencia diretamente o preço e o desempenho do produto final.
Esse desafio atravessa setores muito distintos entre si, como a indústria de petróleo, a farmacêutica, a de cosméticos e a de alimentos.
Fluidos complexos e simples
O que todas essas indústrias têm em comum? Elas trabalham, o tempo todo, com escoamentos de fluidos complexos.
Mas o que isso significa, afinal?
Fluidos complexos são materiais cujo comportamento mecânico não é linear. Para entender isso, vale começar pelo caso mais simples: fluidos como a água ou o óleo.
Fluidos simples têm uma propriedade-chave chamada viscosidade, que define sua resistência ao escoamento. O óleo, por exemplo, é mais viscoso do que a água.
Isso significa que, para escoar óleo em uma tubulação com a mesma vazão da água, é necessário aplicar um diferencial de pressão maior no óleo.
Nesse caso, a relação entre vazão e queda de pressão é linear. Já nos fluidos complexos, essa relação deixa de ser direta e previsível.
Quando o fluido "se comporta mal"
Em um fluido complexo, alterar o diferencial de pressão pode gerar respostas diferentes daquelas esperadas do comportamento mais conhecido de fluidos simples. O material pode escoar mais ou menos do que o previsto desta forma.
Além disso, esses fluidos podem apresentar efeitos como memória - são os materiais conhecidos como viscoelásticos. Em certas condições, eles passam a se comportar de maneira semelhante a materiais sólidos.
É justamente esse comportamento diferente e complexo que torna esses materiais tão desafiadores e interessantes.
A ciência que estuda o escoamento
A ciência que estuda o comportamento desses materiais é a reologia. Ela investiga como um fluido se deforma quando submetido a uma força externa.
Sem compreender a reologia de um material, não é possível otimizar processos como escoamento, embalagem, armazenamento ou transporte.
Mais do que isso: em muitos casos, a qualidade e uso do produto final depende diretamente de suas propriedades reológicas.
Reologia como critério de qualidade
É a reologia que determina, por exemplo, como a viscosidade de um material varia com a temperatura, a pressão ou o tipo de movimento imposto.
Essas informações permitem não apenas entender um produto, mas também projetá-lo. A partir de estudos reológicos, é possível desenvolver fluidos com características específicas para cada aplicação.
Onde a reologia faz diferença no mundo real
Petróleo
Vários fluidos da indústria de petróleo têm comportamento complexo. Além do próprio petróleo, pode-se citar os fluidos de perfuração. Estes são cuidadosamente projetados para apresentar propriedades específicas para garantir a estabilidade do poço de petróleo e a viabilidade econômica do processo de perfuração.
Farmacêutica
Pomadas e pastas de dente são exemplos clássicos de fluidos complexos. Esses materiais só devem escoar quando uma força mínima é aplicada.
Ao mesmo tempo, precisam ser muito viscosos em repouso e bem pouco viscosos durante o uso. Esse comportamento só é possível graças à reologia.
Cosméticos
Cremes, géis, bases, batons, esmaltes e tintas exigem um equilíbrio delicado. Devem se espalhar com facilidade, mas secar rapidamente após a aplicação.
Muitos desses produtos são emulsões, que são sistemas água-em-óleo ou óleo-em-água, cujo comportamento é particularmente complexo.
A estabilidade dessas emulsões ao longo do tempo, e consequentemente suas propriedades, está diretamente ligada às suas propriedades reológicas.
Alimentos
Chocolates, queijos, molhos, maionese, ketchup e mostarda são apenas alguns exemplos de alimentos com comportamento complexo.
Além do processo de fabricação e da qualidade final, a percepção sensorial — textura, cremosidade, espalhabilidade — depende fortemente da reologia.
Pesquisa em reologia no Brasil
O Grupo de Reologia (GReo), do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-Rio, atua há cerca de 30 anos em pesquisas nessa área.
Fundado pelo professor emérito Paulo R. de Souza Mendes, o grupo é hoje coordenado por mim e atua na formação de estudantes de graduação e pós-graduação, além do desenvolvimento de projetos de pesquisa científica e tecnológica e da prestação de serviços.
As pesquisas atuais do GReo envolvem, entre outros, os estudos e otimização de escoamentos, estabilização e desestabilização de emulsões como margarina, maionese, loções e cremes diversos, determinação de propriedades de nanofluidos e de suspensões como pastas e lamas.
Além disso, também somos capazes de avaliar reologia a altas pressões. Neste campo, há anos focamos na determinação da dependência de propriedades reológicas com a pressão, em particular a viscosidade e a tensão limite de escoamento.
Na área da saúde, temos ainda um projeto cujo principal objetivo é contribuir para o conhecimento de interações interfaciais. A reologia interfacial é o estudo da relação entre tensão e deformação/taxa de deformação de interfaces líquido-líquido ou líquido-gás.
Este projeto visa contribuir para o entendimento do mecanismo causador da doença de Alzheimer. Nele, usamos a reologia interfacial e microscopia para investigarmos as interações que ocorrem no desenvolvimento do Alzheimer. Além disso, o projeto, em colaboração com o Prof Nicolás Rey, também estuda o desenvolvimento de compostos orgânicos inéditos pertencentes à classe química das N-acil-hidrazonas capazes de modular tais interações, protegendo os neurônios dos efeitos deletérios de certos peptídeos.
Para atuar nesses diferentes campos de pesquisa, o GReo da PUC-Rio conta com laboratórios equipados com onze reômetros modernos, um microscópio eletrônico e outros equipamentos de última geração. Entre nossos parceiros estão empresas como Petrobras, Shell, Equinor e Vale, além de empresas dos setores cosmético, farmacêutico e alimentício.
Engenharia invisível
No fim das contas, entender a reologia é entender por que a tinta não deve escorrer pela parede, por que um poço de petróleo não colapsa, por que a pasta de dente permanece na escova e por que um esmalte se espalha com precisão antes de secar.
Ao revelar o papel da reologia nesses processos, entendemos que nada disso é acaso. É ciência aplicada garantindo que o mundo funcione melhor.
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Este artigo foi publicado no The Conversation Brasil e reproduzido aqui sob a licença Creative Commons
