Para a caracterização reológica da goma xantana em solução aquosa foram realizados ensaios em estado estacionário (curva de fluxo e tixotropia) e em estado oscilatório (rampas de tensão e frequência) de modo a permitir a classificação do fluido e os devidos ajustes dos dados experimentais. Com isto foi possível identificar a região viscoelástica linear da goma, classificar o modelo reológico que descreve com maior eficácia o comportamento desta goma, constatar o efeito de tixotropia e caracterização estrutural do material analisado.
6.2.1 ENSAIOS EM ESTADO ESTACIONÁRIO
Os ensaios de curva de fluxo foram realizados utilizando-se um intervalo de tensão de 0,5 a 30 Pa por 1200 segundos.
Através do software RheoWin Pro Data Manager foram gerados os gráficos obtidos com os experimentos realizados através do reômetro HAAKE Mars III, e a primeira análise consiste em verificar qual tipo de fluido a goma é, isto é, se tem comportamento newtoniano ou não newtoniano, o que pode ser evidenciado através das figuras 24(a)-24(e).
Analisando as figuras 24(a)-24(e) percebe-se que com o aumento da taxa de cisalhamento há uma redução na viscosidade, ou seja, a goma possui um compor- tamento não newtoniano pseudoplástico. Este resultado é validado comparando este trabalho com o desenvolvido por [29], o qual chega a mesma conclusão a respeito do comportamento reológico da goma xantana. No trabalho desenvolvido por [17] os autores confirmam que a goma xantana é altamente pseudoplástica e que em altas taxas de cisalhamento a goma apresenta baixa viscosidade.
De modo a comprovar este comportamento, os dados experimentais oriundos dos ensaios de curva de fluxo das amostras analisadas foram ajustados aos modelos de Potências e Herschel-Bulkley, os parâmetros dos modelos estão dispostos nas tabelas 17-19.
Figura 24 - Comparação entre as curvas de fluxo da goma xantana.
(a) Goma xantana pura. (b) Goma xantana salgada.
(c) Goma xantana salgada com cálcio. (d) Goma xantana salgada com magnésio.
(e) Goma xantana salgada com cálcio e mag- nésio.
Tabela 17 - Parâmetros dos modelos de Potências e Herschel-Bulkley para as amos- tras da goma xantana a 20°C.
Amostras Potências Herschel-Bulkley
K n R2 τ0 K n R2 Xantana Pura 1,559 0,2838 0,9166 0,6008 0,9110 0,5512 0,9917 Xantana Salgada 1,097 0,3140 0,9998 0 1,235 0,2838 0,9999 Xantana Salgada com Cálcio 0,8565 0,2895 0,9999 0,02039 0,8347 0,2979 0,9999 Xantana Salgada com Magnésio 0,9630 0,2862 0,9996 0,1756 0,7789 0,3368 0,9997 Xantana Salgada com Cálcio e Mag- nésio
1,360 0,2218 0,9999 0,08774 1,270 0,2365 0,9999
Fonte: Elaboração Própria
Tabela 18 - Parâmetros dos modelos de Potências e Herschel-Bulkley para as amos- tras da goma xantana a 40°C.
Amostras Potências Herschel-Bulkley
K n R2 τ0 K n R2 Xantana Pura 1,356 0,3459 0,9997 0 2,101 0,1905 0,9999 Xantana Salgada 0,4999 0,4340 0,9914 0 1,396 0,2417 0,9932 Xantana Salgada com Cálcio 0,4873 0,3851 0,9984 0,1042 0,3875 0,4328 0,9986 Xantana Salgada com Magnésio 0,6606 0,4192 0,9932 0 13,54 0,0321 0,9976 Xantana Salgada com Cálcio e Mag- nésio
1,053 0,3962 0,9963 0 10,43 0,03607 0,9996
Tabela 19 - Parâmetros dos modelos de Potências e Herschel-Bulkley para as amos- tras da goma xantana a 60°C.
Amostras Potências Herschel-Bulkley
K n R2 τ0 K n R2 Xantana Pura 0,7235 0,3970 0,9998 0 0,9324 0,3452 0,9999 Xantana Salgada 0,5509 0,3846 0,9998 0,01563 0,5350 0,3913 0,9998 Xantana Salgada com Cálcio 0,7122 0,2848 0,9988 0,4479 0,2970 0,4552 0,9994 Xantana Salgada com Magnésio 0,4106 0,4588 0,9976 0 0,5866 0,3917 0,9982 Xantana Salgada com Cálcio e Mag- nésio
0,6596 0,3622 0,9996 0 0,9940 0,2630 0,9999
Fonte: Elaboração Própria
Por meio destas tabelas verifica-se que em todas as amostras submetidas a três temperaturas o índice n se mantém sempre menor do que 1, caracterizando- as como um fluido pseudoplástico ajustada ao modelo de potências pois não existe tensão mínima de escoamento.
Como a goma em análise apresenta características pseudoplásticas sem ten- são mínima de escoamento, foram ajustados os dados experimentais ao modelo de potências com as temperaturas de 20°C, 40°C e 60°C. De forma a quantificar a pre- cisão dos ajustes feitos, foram expostos nas tabelas 17-19 os coeficientes de deter- minação (R2) obtidos através do RheoWin Pro Data Manager. Analisando as tabelas 17-19 percebe-se que o modelo de potências ajusta de forma precisa os dados expe- rimentais, uma resposta gráfica de um ajuste dos dados experimentais pode ser visto na figura 25.
Figura 25 - Curva de fluxo - goma xantana doce , 60°C.
Fonte: Elaboração Própria
Tabela 20 - Influência da temperatura nos parâmetros do modelo de potências para a goma xantana. Amostras Potências 20°C 40°C 60°C K n K n K n Xantana Doce 1,559 0,2838 1,356 0,3459 0,7235 0,3970 Xantana Salgada 1,097 0,3140 0,4999 0,4340 0,5509 0,3846 Xantana Salgada com Cálcio 0,8565 0,2895 0,4873 0,3851 0,7122 0,2848 Xantana Salgada com Magnésio 0,9630 0,2862 0,6606 0,4192 0,4106 0,4588 Xantana Salgada com Cálcio e Mag- nésio
1,360 0,2218 1,053 0,3962 0,6596 0,3622
Fonte: Elaboração Própria
Podemos correlacionar os dados ajustados pelo modelo de potências com os resultados expressos pelos gráficos da figura 24. Analisando o gráfico da goma xan-
tana pura nas três temperaturas pode-se notar que nas temperaturas de 20°C e 40°C as amostras possuem maior valor de viscosidade, o que pode ser evidenciado pe- los valores mais baixo do parâmetro n do modelo de potências, o qual é o grau de pseudoplasticidade do fluido. Analisando na tabela 20 o comportamento do índice de consistência (k) da amostra de xantana pura nota-se uma redução deste com o au- mento da temperatura, o que significa que a goma tem menor teor de sólidos com o aumento da temperatura.
Analisando as curvas da goma xantana salgada percebe-se que ocorre o mesmo comportamento da goma xantana pura porém com uma redução na viscosidade, o que é explicado pelo aumento do grau de pseudoplasticidade da xantana salgada em re- lação a xantana pura, como é notado na tabela 20, o que é corroborado pelo trabalho desenvolvido por [4], o qual indica que sob a presença de sais a baixas concentrações pode ocorrer queda na viscosidade de goma xantana. O trabalho desenvolvido por [30] analisa o efeito da adição de sais inorgânicos em soluções de goma xantama, e os autores concluem que ocorre redução na viscosidade, validando os resultados obtidos no presente trabalho. Ainda nesta tabela nota-se uma grande redução no teor de sólidos do fluido, o que evidencia que a goma xantana é sensível a contaminação por NaCl. No trabalho desenvolvido por [17] são estudadas propriedades da goma xantana e segundo os autores a xantana é estável em ampla faixa de temperatura (10°C a 90°C) e pouco afetada na presença de sais.
Comparando as curvas das amostras de xantana salgada e xantana salgada com cálcio nota-se um comportamento bem similar quanto ao grau de pseudoplasti- cidade, ambas se mantém praticamente constantes com o aumento da temperatura, e quanto ao teor de sólidos, nota-se uma redução quando comparada a amostra de xantana salgada com cálcio e xantana salgada com o aumento da temperatura, isto indica que o cátion cálcio influencia pouco na viscosidade do fluido.
Analisando a xantana contaminada com magnésio tanto pelo gráfico da figura 24(d) quanto pela tabela 20 nota-se um comportamento diferente quando comparado a amostra contaminada apenas com NaCl, ou seja, ocorre uma diminuição no grau de pseudoplasticidade nas três temperaturas analisadas, entretanto o comportamento do índice de consistência permanece similar ao da amostra salgada, correndo uma redução com o aumento da temperatura. Isto indica que a goma xantana é mais
sensível ao magnésio do que ao cálcio.
Por fim, analisando a amostra contaminada com cálcio e magnésio nota-se um aumento considerável na viscosidade, o que é evidenciado pelo gráfico 24(e) e é explicado pela diminuição do parâmetro n do modelo de potências com o aumento da temperatura, e ocorre também uma redução no teor de sólidos com o aumento da temperatura.
A tixotropia pode ser evidenciada a partir da diferença entre as curvas ascen- dente e descendente, conforme exemplificado na figura 26 referente ao ensaio reali- zados à temperatura de 60°C para a goma xantana salgada com magnésio. Nota-se a partir da figura que a goma xantana possui histerese, o que caracteriza a presença de tixotropia no sistema, este comportamento se mantém para as temperaturas de 20 e 40 °C e para todas as amostras. Os ensaios de tixotropia foram realizados utilizando- se, na primeira etapa um intervalo de tensão de 0,5 a 5 Pa por 1200 segundos e na segunda etapa variou-se entre 5 a 0,5 Pa por 1200 segundos.
Figura 26 - Tixotropia - goma xantana salgada com magnésio , 60°C.
Fonte: Elaboração própria
A partir da figura 26 nota-se que ocorreu quebra da estrutura com a aplicação do cisalhamento, resultando em redução na tensão de cisalhamento [21]. Este com- portamento ocorreu para todas as demais amostras submetidas a temperaturas de 20 e 40 °C. Por meio da tabela 21 podemos analisar o efeito da temperatura no grau de tixotropia da goma xantana, percebe-se que o grau de tixotropia aumenta com o au-
mento da temperatura para todas as 5 amostras analisadas. Constata-se também que a contaminação com os sais cálcio e magnésio promovem um maior grau de tixotropia a estas amostras, tornando sua rede tridimensional mais forte.
Tabela 21 - Valores de tixotropia para as amostras de goma xantana a diferentes tem- peraturas.
Amostras Tixotropia (Pa/s)
20°C 40°C 60°C
Xantana Pura 0,3805 13,98 46,14
Xantana Salgada 0,6739 92,13 229,6
Xantana Salgada com Cálcio 53,3 222,1 389,7 Xantana Salgada com Magnésio 60,56 29,8 205,3 Xantana Salgada com Cálcio e Magnésio 44,92 49,07 104,8
Fonte: Elaboração Própria
6.2.2 ENSAIOS EM ESTADO OSCILATÓRIO
Inicialmente verificou-se através do ensaio de rampa de tensão qual seria a região viscoelástica linear do fluido variando-se a tensão de cisalhamento entre 0,1 e 1,5 Pa a uma frequência constante de 1,0 Hz.
Os resultados deste ensaio para as diferentes amostras da goma xantana a diferentes temperaturas é ilustrado na figura 27. A partir da análise destes gráficos, percebe-se que a região viscoelástica linear de todas as amostras de goma xantana a diferentes temperaturas situa-se entre 0,01 e 0,5 Pa. Após isto, foram realizados testes de rampa de frequência no intervalo de 0,01 a 100 Hz, utilizando-se um valor de tensão de cisalhamento fixado em 0,5 Pa que compreende a faixa viscoelástica linear determinada através do ensaio de varredura de tensão. Segundo [21] a partir de uma frequência de 10 Hz pode ocorrer o fenômeno de ressonância, ocasionando resultados não confiáveis, por isso nos gráficos de rampa de frequência foram limitados a um intervalo de até 10 Hz de frequência.
A partir dos resultados obtidos com os ensaios da rampa de tensão, foram realizados os ensaios de rampa de frequência, os quais têm por objetivo a análise
Figura 27 - Rampa de tensão - goma xantana doce , 20°C
Fonte: Elaboração própria
dos parâmetros oscilatórios com o acompanhamento das características elásticas e viscosas de determinado material.
Assim sendo, iniciam-se as análises a partir das rampas de frequência realiza- das para as 5 amostras de goma xantana para a temperatura de 20 °C. Nas figuras 28(a)-28(e) nota-se que em geral, a partir da frequência de 0,1 Hz há um predomínio do comportamento elástico (G”> G’), o que concorda com a análise feita por [29]. A adição dos sais contaminantes torna a amostra mais elástica, observando o patamar de G’ nos gráficos da figura 28. Isto difere dos resultados obtidos em [29]
Analisando os ensaios para a temperatura de 40 °C nota-se que as amostras mantém o comportamento elástico, porém a menores frequências quando comparado a temperatura de 20 °C. Percebe-se a partir do estudos dos gráficos da figura 29 que a adição dos sais contaminantes aumentaram a elasticidade (G’) das amostras.
Pela análise dos gráficos da figura 30 nota-se uma inversão no comportamento, ou seja, há uma predominância no comportamento viscoso das amostras, o que con- corda com o trabalho desenvolvido por [29].
6.3 COMPARAÇÃO ENTRE AS GOMAS DIUTANA E XANTANA EM SOLUÇÃO