O mel já é um líquido espesso, mas deixe-o começar a cristalizar e pode se tornar totalmente grumoso. Os cristais de açúcar em suspensão parecem aumentar sua viscosidade. Esse fenômeno ocorre em todo o mundo natural e construído:de fluxos de lama à pintura, suspensões de partículas tendem a se comportar como fluidos viscosos.
Os engenheiros usam isso a seu favor ao modelar as propriedades macroscópicas de uma suspensão com base no tamanho e na concentração de suas partículas. No entanto, essa aproximação se desfaz em certa escala. Virgile Thiévenaz e Alban Sauret, da UC Santa Barbara, procuraram determinar quando e como.

Eles descobriram que as partículas não se espalham uniformemente quando uma suspensão cai abaixo de uma certa escala de comprimento, como quando o fluido se aperta para formar o pescoço de uma gota. Eventualmente, haverá uma região fina sem partículas que se comportam como um líquido puro. As descobertas, publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences , destacam o limite de aproximações e têm muitas aplicações potenciais em ambientes industriais.

A viscosidade quantifica o atrito interno entre as camadas de um fluido. Em um líquido viscoso, uma camada exerce mais arrasto sobre sua vizinha, produzindo um fluido mais espesso que é mais resistente à deformação e ao escoamento. As partículas em suspensão se comportam de maneira semelhante. É mais provável que uma partícula se mova quando suas vizinhas se movem, o que aumenta a viscosidade efetiva do fluido. Concentrações mais altas aproximam as partículas, fortalecendo o efeito. “Então, desde que você olhe para a suspensão de longe, é apenas um líquido mais viscoso”, explicou Thiévenaz, pesquisador de pós-doutorado no departamento de engenharia mecânica.

Em experimentos com gotículas, Thiévenaz e Sauret observaram que as suspensões se esticam como um líquido viscoso até uma certa espessura, após o que é possível afastar as partículas umas das outras. Isso cria regiões com concentrações variadas que se comportam de maneira diferente. Eventualmente, uma região não conterá nenhuma partícula e agirá como um fluido puro. Depois disso, a viscosidade efetiva se simplifica àquela do líquido puro.

Os engenheiros compilaram muitos dados para calibrar a viscosidade efetiva de suspensões com tamanho e concentração de partículas em grandes escalas. O desafio de Thiévenaz e Sauret era descobrir em que escala as aproximações classicamente usadas para modelar suspensões começaram a se desfazer.

Com mais experimentação, os autores determinaram que esse limite também varia com o tamanho e a concentração das partículas. Uma suspensão passará de agir como um fluido viscoso para se comportar mais como uma mistura heterogênea em escalas equivalentes ao tamanho das partículas.

Curiosamente, partículas menores parecem ter um efeito proporcionalmente mais forte. "Em relação ao tamanho da partícula, o limite é muito maior para partículas pequenas em uma determinada concentração", disse Sauret, professor assistente de engenharia mecânica.

Por exemplo, uma suspensão com uma concentração de 30% de partículas de 140 micrômetros pode se comportar suavemente até escalas de 600µm, ou cerca de quatro vezes o diâmetro das partículas. Mas uma suspensão com partículas de 20µm na mesma concentração pode apresentar esse efeito até 250µm:uma escala geral menor, mas mais de 12 vezes o diâmetro das partículas.

Prever o comportamento de uma suspensão tem grandes aplicações na fabricação. Um processo pode exigir a manipulação de filmes ou a criação de minúsculas gotículas, e os técnicos precisam ser capazes de prever as propriedades desses sistemas. Para peças revestidas por imersão, manipular adequadamente as partículas em um filme pode ser a diferença entre um produto acabado e uma bagunça absoluta, explicou Sauret.

O revestimento em spray fornece uma ilustração ainda mais clara desse fenômeno. Um líquido puro, como um verniz, se comportará de maneira diferente de uma suspensão, como tinta, ao revestir um produto por pulverização. Quando comparado a um líquido puro com a mesma viscosidade efetiva, uma suspensão se romperá mais cedo com gotas menores e maiores. A próxima tarefa dos pesquisadores é determinar como o número e o tamanho das gotículas dependem de parâmetros como velocidade, concentração de partículas e tamanho das partículas.

Aproximar suspensões como líquidos viscosos funciona bem, mas apenas em certas escalas. "Em algum momento isso vai falhar", disse Sauret. "E nós precisamos ser capazes de dizer, 'neste ponto você não pode usar esta abordagem, e em vez disso você precisa usar um método diferente.'" + Explorar mais

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