Ensaio de Tensão Superficial no CETEM: Método, Procedimento e Aplicações Tecnológicas
Análise técnico-científica e operacional do serviço de determinação da tensão superficial de líquidos oferecido pelo Centro de Tecnologia Mineral, com abordagem sobre método da gota pendente, equipamento KRÜSS DSA25, fundamentos físico-químicos, etapas de atendimento e aplicações em processamento mineral.
1. Contextualização institucional e relevância interfacial
A medição precisa da tensão superficial de sistemas líquidos constitui um parâmetro importante da físico-química de interfaces, com aplicações diretas na otimização de processos industriais, desenvolvimento de formulações, engenharia de materiais, controle de qualidade e processamento mineral.
No Brasil, o Centro de Tecnologia Mineral — CETEM, unidade de pesquisa vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação — MCTI, disponibiliza o serviço denominado oficialmente “Solicitar Ensaio de Tensão Superficial para Desenvolvimento de Tecnologias de Processamento Mineral”.
De acordo com o Portal de Serviços do Governo Federal, trata-se de serviço técnico-científico destinado à medição da tensão superficial de líquidos, permitindo compreender o comportamento das interfaces, a intensidade das forças intermoleculares e a estabilidade de diferentes sistemas líquidos.
O parâmetro ajuda a compreender fenômenos de molhamento, formação e estabilidade de gotas e bolhas, dispersão de fases, emulsificação, adsorção de tensoativos e comportamento de interfaces relevantes para diversos processos industriais.
A tensão superficial, normalmente representada pela letra grega γ, decorre do desequilíbrio das forças intermoleculares na região de interface. Moléculas localizadas no interior do líquido estão submetidas a atrações moleculares em várias direções. Na superfície, porém, esse equilíbrio é diferente, dando origem a uma energia interfacial característica do sistema.
Em uma interpretação física simplificada, a superfície do líquido tende a minimizar sua área, comportamento que pode ser comparado ao de uma película submetida à tensão. Essa propriedade influencia diretamente a capacidade de um líquido se espalhar, formar gotas, gerar espuma ou interagir com superfícies sólidas.
Em sistemas contendo agentes tensoativos, a medição da tensão superficial em função da concentração também pode auxiliar na construção de curvas de concentração e, quando o comportamento do sistema permitir, na avaliação da Concentração Micelar Crítica — CMC.
2. Fundamentos físico-químicos da medição
O método utilizado pelo CETEM é baseado na análise da geometria de uma gota pendente. A forma da gota resulta do equilíbrio entre forças gravitacionais e forças relacionadas à tensão superficial.
A relação matemática fundamental é derivada da equação de Young-Laplace, que relaciona a diferença de pressão entre os dois lados de uma interface curva com sua tensão superficial e seus principais raios de curvatura.
Durante o ensaio, uma gota é formada na extremidade de uma agulha. Uma câmera registra o perfil da gota e o software compara o contorno observado com o perfil matematicamente previsto pela equação de Young-Laplace.
Conhecendo-se também a diferença de densidade entre as fases e a aceleração gravitacional, torna-se possível determinar quantitativamente a tensão superficial do líquido.
Força gravitacional
Tende a alongar e deformar a gota suspensa, fazendo com que seu formato se afaste da geometria perfeitamente esférica.
Tensão superficial
Atua no sentido de minimizar a área interfacial, contrapondo-se à deformação provocada pela gravidade.
3. Instrumentação: KRÜSS DSA25 e método da gota pendente
O serviço oficial do CETEM informa a utilização do goniômetro e analisador de forma de gota KRÜSS DSA25, de fabricação alemã.
O DSA25 é um sistema óptico para análise de forma de gotas. Segundo a documentação técnica do fabricante, o equipamento pode realizar medições de tensão superficial e interfacial pelo método da gota pendente ou ascendente, utilizando ajuste baseado no modelo de Young-Laplace.
Faixa informada pelo fabricante
Para tensão superficial ou interfacial calculada pelo software, a documentação do DSA25 informa faixa de 0,01 a 2.000 mN/m.
Resolução do software
A documentação técnica do equipamento informa resolução de 0,01 mN/m para essas medições.
Análise óptica
A câmera e o sistema de processamento identificam o contorno da gota para comparação com o modelo matemático correspondente.
Ensaios estáticos ou dinâmicos
A plataforma do equipamento admite aplicações estáticas e dinâmicas, conforme configuração, método e protocolo experimental adotado.
As especificações máximas do equipamento não devem ser confundidas com o escopo contratado em cada ensaio realizado pelo CETEM. A análise efetivamente executada depende da amostra, do objetivo técnico e da proposta aprovada.
4. ISO 19403-3:2024 e critérios técnicos do método
O método da gota pendente encontra referência normativa internacional na ISO 19403-3:2024 — Paints and varnishes — Wettability — Part 3: Determination of the surface tension of liquids using the pendant drop method.
A edição de 2024 é atualmente a versão publicada pela International Organization for Standardization — ISO e substituiu a edição de 2017.
Embora a norma tenha origem no contexto de tintas, vernizes e molhabilidade, ela estabelece princípios técnicos aplicáveis à determinação óptica da tensão superficial de líquidos pelo método da gota pendente.
| Parâmetro | Referência técnica | Importância |
|---|---|---|
| Parâmetro de forma B | Valor recomendado de aproximadamente 0,60 ± 0,06 | Busca assegurar deformação suficiente da gota para uma avaliação adequada pelo modelo de Young-Laplace. |
| Erro de ajuste | Inferior a aproximadamente 1 µm por ponto de medição | Indica a qualidade do ajuste entre o contorno real observado e o perfil calculado. |
| Diâmetro externo da agulha | Selecionado conforme tensão e diferença de densidade; referências da norma situam a escolha aproximadamente entre 0,5 e 2,5 mm | A dimensão influencia a capacidade de formar uma gota com geometria adequada. |
| Reologia | Restrições podem ocorrer para líquidos não newtonianos | Comportamentos viscoelásticos ou não newtonianos podem limitar a aplicação direta do método. |
| Repetibilidade | Referência aproximada de 0,7 mN/m em ensaios interlaboratoriais da metodologia | Expressa a proximidade entre resultados em condições de repetição. |
| Reprodutibilidade | Valores de referência próximos de 1,6 mN/m para líquidos de ensaio e 2,2 mN/m para materiais de revestimento | Expressa a dispersão esperada entre diferentes condições laboratoriais. |
Esses valores são referências da metodologia e da norma, e não devem ser apresentados como uma garantia metrológica universal para toda amostra analisada pelo CETEM. A incerteza e o desempenho real dependem do sistema líquido, densidade, temperatura, preparação, equipamento, operador e protocolo.
Da mesma maneira, soluções contendo tensoativos em concentrações muito baixas podem produzir alterações mensuráveis da tensão superficial, mas a possibilidade de correlacionar o ensaio com concentrações na faixa de partes por milhão depende do composto, da matriz e da curva experimental. Não constitui uma sensibilidade universal garantida pelo serviço.
5. Protocolo de atendimento do CETEM
O atendimento é disponibilizado pelo Portal de Serviços do Governo Federal e envolve uma fase inicial de registro e avaliação da demanda, seguida da formalização das condições de execução do serviço.
Na estrutura organizacional atual do CETEM, o Serviço de Desenvolvimento de Tecnologias Minerais — SEDTM integra a Coordenação de Processamento e Tecnologias Minerais — COPTM. A chefia do SEDTM é exercida por Marisa Bezerra de Mello Monte, Tecnologista Sênior do CETEM.
| Etapa | Descrição operacional | Canal | Informações e documentos |
|---|---|---|---|
| 1. Registro da demanda | Apresentação da necessidade técnica, características da solução ou amostra e objetivo do ensaio. | Formulário eletrônico oficial e e-mail. | Informações básicas da demanda e da amostra. Documentos adicionais de segurança, como FDS — antiga FISPQ — podem ser necessários conforme a natureza do material ou solicitação técnica. |
| 2. Proposta e formalização | Após análise da demanda, o CETEM apresenta as condições para execução do serviço. | Contato eletrônico, inclusive pelo endereço mmonte@cetem.gov.br. | Aceite da proposta e, quando aplicável, comprovante de pagamento ou formalização da contrapartida correspondente. |
Marisa Bezerra de Mello Monte — mmonte@cetem.gov.br.
O Portal Gov.br informa que o tempo de duração das etapas e o prazo total do serviço ainda não estão estimados. Portanto, empresas que dependam do resultado para projetos, homologações ou cronogramas industriais devem considerar essa ausência de prazo previamente definido.
6. Governança e estrutura de custos
O próprio Portal Gov.br apresenta duas informações que precisam ser interpretadas conjuntamente: registra o serviço como gratuito para o cidadão e, na descrição geral, informa que o acesso ocorre mediante contrapartida financeira ou não financeira, conforme a Política de Inovação do CETEM e suas normas internas.
Assim, não é adequado publicar um preço fixo ou presumir que toda demanda empresarial seja gratuita. Para projetos de empresas, startups, instituições privadas ou outros agentes do setor produtivo, as condições devem ser verificadas diretamente com o CETEM e formalizadas conforme a proposta apresentada para a demanda.
Cidadão
A ficha oficial do serviço no Gov.br registra a informação “Este serviço é gratuito para o cidadão”.
Demandas técnico-institucionais
A própria descrição oficial também menciona contrapartida financeira ou não financeira conforme a Política de Inovação e normas internas do CETEM.
O interessado deve aguardar a análise da demanda e a proposta correspondente antes de considerar o custo do ensaio em seu planejamento.
7. Impacto industrial e aplicações em processamento mineral
A determinação da tensão superficial não se limita à caracterização acadêmica. O parâmetro pode fornecer informações úteis para engenharia de processos, formulação de reagentes, avaliação de interfaces e controle de sistemas nos quais bolhas, gotas ou superfícies sólidas interagem com a fase líquida.
No processamento mineral, uma das aplicações mais relevantes está associada aos processos de flotação. A eficiência da flotação depende de fenômenos de superfície que controlam a interação entre partículas minerais, água, reagentes e bolhas de ar.
Na flotação catiônica reversa de minério de ferro, por exemplo, coletores à base de aminas e depressores, frequentemente derivados de amido, são utilizados para modificar seletivamente o comportamento superficial das espécies minerais.
A presença de tensoativos pode reduzir de forma expressiva a tensão superficial da fase aquosa. Estudos com éter-monoaminas e éter-diaminas empregadas no processamento de minério de ferro encontraram valores finais próximos de 30 mN/m em determinadas faixas de concentração. O valor efetivamente obtido, entretanto, varia com composição, concentração, temperatura, pH e demais características do sistema.
A redução da tensão superficial também interfere na formação e estabilidade de bolhas e espumas. Contudo, o tamanho final das bolhas em uma célula de flotação não é determinado exclusivamente pela tensão superficial: vazão de gás, hidrodinâmica, tipo de espumante, concentração de reagentes e geometria do equipamento também exercem influência.
| Setor ou aplicação | Parâmetro interfacial | Mecanismo relevante | Aplicação tecnológica |
|---|---|---|---|
| Flotação mineral Ferro, cobre, quartzo e outros minerais |
Tensão superficial estática ou dinâmica | Adsorção de coletores e modificação das interfaces líquido-gás e sólido-líquido. | Apoio à otimização da dosagem de reagentes, formação de espuma e interação partícula-bolha. |
| Reciclagem de águas de processo | Variação da tensão superficial ao longo dos ciclos de reuso | Acúmulo de reagentes residuais, íons dissolvidos, aminas e espumantes. | Apoio ao controle de circuitos fechados de água e racionalização do consumo de reagentes. |
| Formulação de surfactantes e agroquímicos | Tensão superficial em função da concentração | Adsorção de moléculas anfifílicas e, quando aplicável, formação de micelas. | Avaliação de molhamento, espalhamento e determinação experimental da região de CMC. |
| Tintas, revestimentos e polímeros | Tensão superficial; outros componentes podem exigir métodos complementares | Interações polares e dispersivas, molhamento e equilíbrio interfacial. | Apoio à investigação de nivelamento, cobertura, molhamento e defeitos superficiais. |
A ISO 19403-3 trata especificamente da tensão superficial pelo método da gota pendente. A determinação de componentes polares e dispersivas envolve outros procedimentos da série ISO 19403 e não deve ser automaticamente considerada parte do ensaio de tensão superficial oferecido pelo CETEM.
8. Economia circular e reutilização de águas de processo
O monitoramento de propriedades interfaciais possui relevância especial em circuitos fechados de água de beneficiamento mineral. A recirculação da água reduz a necessidade de captação de água nova, mas também pode resultar na acumulação de sais dissolvidos, partículas finas e resíduos dos reagentes empregados no processo.
O próprio CETEM desenvolve pesquisas relacionadas à recirculação e à qualidade da água em beneficiamento mineral. Estudos institucionais apontam que operações adequadas de desaguamento podem permitir a recirculação de grande parte da água utilizada no processo.
Pesquisa conduzida com participação de Marisa B. M. Monte e outros autores avaliou especificamente o reaproveitamento de água contendo amina residual na flotação reversa de minério de ferro.
≈ 46%
O estudo encontrou recuperação média de aproximadamente 46% da amina na fase aquosa do processo experimental.
≈ 68% Fe
O concentrado permaneceu em torno de 68% de ferro nas condições analisadas pelos autores.
≈ 1,3% SiO₂
A qualidade média reportada incluiu aproximadamente 1,3% de sílica no concentrado final.
Menor amina nova
O aproveitamento do reagente residual permitiu reduzir a necessidade de complementação com amina virgem no experimento.
Os resultados demonstram o potencial do monitoramento da fase aquosa para auxiliar estratégias de economia de reagentes e de fechamento de circuitos hídricos. Entretanto, esses números correspondem às condições específicas do estudo e não representam desempenho garantido para toda operação industrial.
A combinação entre monitoramento químico, controle de tensão superficial, determinação de aminas residuais e avaliação de íons dissolvidos pode ajudar a decidir quanto da água recuperada pode retornar ao processo sem comprometer seletividade ou qualidade do concentrado.
9. Pesquisa avançada e modelagem de interfaces
Dados experimentais de tensão superficial também podem ser utilizados como referência para estudos avançados de físico-química, dinâmica molecular e modelagem de sistemas interfaciais.
A integração entre experimentos e simulações pode contribuir para interpretar fenômenos de adsorção, agregação molecular, organização de moléculas anfifílicas, formação de estruturas supramoleculares e comportamento de reagentes em interfaces.
Em linhas de pesquisa específicas, dados experimentais podem inclusive auxiliar na validação de modelos dedicados a agregados moleculares ou estruturas como clatratos. Essa utilização, contudo, representa uma aplicação científica dos resultados e não significa que modelagem molecular ou simulação quântica faça parte automaticamente do serviço padrão de ensaio oferecido pelo CETEM.
10. Pontos de atenção antes de solicitar o ensaio
- Definir claramente qual é a matriz líquida e a finalidade técnica da medição.
- Informar os principais componentes químicos conhecidos da amostra.
- Comunicar a presença de substâncias perigosas, corrosivas, voláteis ou inflamáveis.
- Disponibilizar FDS — Ficha com Dados de Segurança — quando aplicável ou solicitada.
- Informar se o fluido apresenta comportamento não newtoniano, viscosidade muito elevada ou viscoelasticidade relevante.
- Definir se o interesse está em tensão superficial estática, comportamento ao longo do tempo ou curva em função da concentração.
- Não presumir que determinação de CMC faça automaticamente parte de uma medição pontual de tensão superficial.
- Solicitar previamente ao CETEM confirmação sobre volume de amostra, acondicionamento e condições de envio.
- Aguardar proposta ou orientação formal antes de efetuar qualquer pagamento.
- Considerar que o Portal Gov.br atualmente não informa prazo estimado para conclusão do serviço.
11. Perguntas frequentes
O CETEM realmente oferece ensaio de tensão superficial?
Sim. O serviço está publicado oficialmente no Portal Gov.br como “Solicitar Ensaio de Tensão Superficial para Desenvolvimento de Tecnologias de Processamento Mineral”.
Qual equipamento é utilizado?
A página oficial informa o uso do goniômetro KRÜSS DSA25, fabricado na Alemanha.
Qual é o método utilizado?
O CETEM informa utilizar o método da gota pendente, no qual o perfil de uma gota suspensa é analisado opticamente e relacionado ao equilíbrio entre gravidade e forças superficiais.
Qual é a norma técnica de referência?
A referência internacional atual é a ISO 19403-3:2024. A edição ISO 19403-3:2017 foi substituída pela versão publicada em setembro de 2024.
O ensaio é gratuito?
O Portal Gov.br informa que o serviço é gratuito para o cidadão, mas também estabelece que o acesso ocorre mediante contrapartida financeira ou não financeira conforme a Política de Inovação e normas internas do CETEM. Em demandas empresariais ou tecnológicas, é prudente aguardar a proposta específica do CETEM.
Existe prazo oficial para o resultado?
Atualmente, não. A página oficial informa que o tempo das etapas e o prazo total ainda não estão estimados.
O ensaio pode ser utilizado para determinar CMC?
A tensão superficial medida em várias concentrações pode ser empregada para construir uma curva e auxiliar na identificação da região de Concentração Micelar Crítica. Isso exige um protocolo com diversas concentrações e deve ser alinhado previamente com o laboratório.
Fluidos não newtonianos podem ser analisados?
A própria ISO 19403-3:2024 informa que restrições podem se aplicar quando o método é empregado em líquidos com comportamento de escoamento não newtoniano.
12. Conclusões e perspectivas tecnológicas
O ensaio de determinação da tensão superficial de líquidos disponibilizado pelo CETEM constitui uma ferramenta analítica relevante para pesquisa, desenvolvimento tecnológico e otimização de processos industriais.
A utilização do método da gota pendente com o goniômetro KRÜSS DSA25 possibilita a avaliação quantitativa de propriedades interfaciais com elevado nível de resolução instrumental, utilizando fundamentos consolidados da equação de Young-Laplace.
A existência da ISO 19403-3:2024 oferece ainda uma referência técnica internacional para a execução e avaliação do método, estabelecendo parâmetros de geometria da gota, ajuste do contorno, condições experimentais e precisão.
Em processamento mineral, a compreensão dessas propriedades é particularmente importante para flotação, avaliação de surfactantes, otimização do consumo de coletores e espumantes e desenvolvimento de estratégias de reutilização de águas de processo.
Em um cenário de maior busca por economia circular, redução do consumo hídrico e eficiência química dos processos minerais, a capacidade de compreender e controlar fenômenos interfaciais tende a assumir importância crescente na competitividade e sustentabilidade das operações industriais.
Fontes consultadas
- Gov.br — Solicitar Ensaio de Tensão Superficial para Desenvolvimento de Tecnologias de Processamento Mineral .
- CETEM — Quem é Quem . Estrutura da COPTM, SEDTM e chefia do Serviço de Desenvolvimento de Tecnologias Minerais.
- CETEM — Pesquisadores e Tecnologistas . Informações institucionais de Marisa Bezerra de Mello Monte.
- CETEM — Política de Inovação .
- ISO — ISO 19403-3:2024: Determination of the surface tension of liquids using the pendant drop method .
- KRÜSS Scientific — Drop Shape Analyzer DSA25, especificações técnicas .
- Biolin Scientific / Attension — Standards for Tensiometers: ISO 19403-3 . Referência técnica sobre parâmetro de forma da gota.
- Monte, M. B. M. et al. — Reduction of amine consumption in iron ore flotation through direct reuse of process water on bench scale . Brazilian Journal of Chemical Engineering.
- CETEM — Pesquisa sobre reutilização da água no processo de beneficiamento mineral .
- CETEM — Áreas de Atuação .
As informações desta página foram confrontadas com as fontes disponíveis em agosto de 2026. Condições de atendimento, documentos, preços, responsáveis, prazos e procedimentos podem ser alterados pelo CETEM. Antes de enviar amostras ou efetuar pagamentos, confirme as condições diretamente no serviço oficial.
Nota: este conteúdo possui caráter informativo e técnico e não substitui a avaliação específica do CETEM, a proposta comercial, o protocolo laboratorial aplicável à amostra ou orientação profissional individualizada.