A Determinação Do Comportamento Reológico De Soluções De Glicerina

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE[pic 1]

 CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

DETERMINAÇÃO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DE SOLUÇÕES DE GLICERINA, COM VARIAÇÃO DA TEMPERATURA E CONCENTRAÇÃO, ATRAVÉS DO  VISCOSÍMETRO DE CANNON-FENSKE    

SÃO CRISTÓVÃO

2023

LUCAS RUBEM BARBOSA DE SOUZA

NAIANA FÉLIX DE JESUS

VALTER DORIA ROCHA NETO

DETERMINAÇÃO DO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA SOLUÇÃO DE GLICERINA ATRAVÉS DO SEU ESCOAMENTO LAMINAR EM DUTO DE SEÇÃO CIRCULAR    

Relatório apresentado como requisito avaliativo da disciplina de Laboratório de Fenômenos de Transporte, ministrada pelo Prof. Dr. Manoel Marcelo do Prado.

SÃO CRISTÓVÃO

2023

RESUMO:

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

1.1 Viscosidade

        A viscosidade segundo Çengel e Cimbala (2015), é uma propriedade do fluido que representa a sua resistência com relação ao movimento. Ela existe devido ao choque entre as moléculas do fluido e a coesão entre elas, variando de acordo com o estado físico e principalmente a temperatura. É graças a viscosidade que o fluido se deforma continuamente em resposta a uma tensão de cisalhamento aplicada sobre ele, o que o faz também se diferenciar dos sólidos (Fox, 2014). No Sistema internacional de unidades, a viscosidade é uma grandeza que é medida em Pa.s , ou em m.s-1, sendo esse caso a viscosidade cinemática, que é a razão da viscosidade dinâmica e a massa específica como é representado na Equação (1).

                                                                                                                                           (1)[pic 2]

1. Lei de Newton da viscosidade

Uma forma simples de explicar o funcionamento dessa lei é imaginar duas placas, uma fixa e uma móvel, e entre elas um fluido. Ao se aplicar uma força tangencial externa sobre a placa superior, o fluido começa a se deslocar, até o instante em que a placa superior começa a apresentar uma velocidade constante, como mostrado na Figura 1, isso se explica pelo fato de que as camadas internas do fluido começam a resistir a força externa aplicada, por meio de forças internas em cada camada, essas forças internas por unidade de área, representam a tensão de cisalhamento (Brunetti,2008). A Equação (2) evidencia esse fenômeno.

[pic 3]

Figura 1- Diagrama de velocidades

 Fonte: Brunetti (2008).

                                                                                                                                             (2)[pic 4]

No segundo volume do seu livro Principia, publicado em 1687, Newton estudou o comportamento dos fluidos em um escoamento retilíneo e uniforme. Ele descobriu que a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional ao gradiente de velocidade na direção y, ou seja, considerando novamente o exemplo do fluido entre duas placas, quão mais distante o fluido fica da placa fixa, maior é a sua velocidade e consequentemente sua tensão de cisalhamento, de acordo com Çengel E Cimbala (2015), como representado na Figura 2 e Equação (3).

Figura 2 - Variação da tensão pela velocidade.[pic 5]

Fonte: Brunetti (2008).

                                                                                                                                                               (3)[pic 6]

Onde  é a tensão de cisalhamento em (Pa), o termo   representa o gradiente de velocidade e  é a viscosidade absoluta, que é a constante de proporcionalidade da equação. Os fluidos que apresentam uma linearidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de velocidade são denominados fluidos newtonianos. Em contraposição, têm-se os fluidos não newtonianos em que a viscosidade absoluta deixa de ser uma constante e passa a variar com a tensão de cisalhamento aplicada (White, 2011).[pic 7][pic 8][pic 9]

Alguns exemplos de fluidos não newtonianos são:

• Dilatante: Nesse tipo de fluido a resistência aumenta com o aumento da tensão aplicada, como na areia movediça ou suspensões de amido;
• Pseudoplástico: Diferente do dilatante, têm como característica sua resistência diminuir com o aumento da tensão aplicada, como nas soluções de polímeros ou a polpa de papel em água;
• Plástico de Bingham: Requer uma tensão de escoamento finita para iniciar o escoamento, como o ketchup que precisa de um “aperto” para sair do frasco;
• Reopéticos: Precisam um aumento gradual da tensão para manter a taxa de deformação constante;
• Tixotrópico: É o oposto do Reopético, precisando de uma taxa de cisalhamento decrescente, para manter a taxa de deformação constante.[pic 10]

Figura 3- Comportamento reológico de vários materiais viscosos. (a) tensão versus taxa de deformação; (b) efeito do tempo sobre a tensão aplicada.

Fonte: White (2011).

1.2 Viscosímetro

A medida da viscosidade dos líquidos requer primeiramente a definição dos parâmetros que estão envolvidos no fluxo. Então, devem-se encontrar condições adequadas de teste que permitam a medida das propriedades do fluxo objetivamente e reprodutivamente (Gebhard Schramm, 2006).

Para fluidos newtonianos, a vantagem do ponto de vista da determinação da viscosidade é que a relação é sempre a mesma, representada na Equação (03). Uma vez que o comportamento da tensão pela taxa de deformação, é algo linear.

Existem quatro tipos básicos de viscosímetros, instrumentos que se utilizam de outras propriedades do fluido, a fim de se medir a sua viscosidade. Para situações em que o fluido seja muito viscoso, o viscosímetro muito utilizado é o “queda de bola”. O princípio de funcionamento básico desse equipamento é relacionar a viscosidade do fluido com o tempo que leva para um objeto sólido se deslocar ao longo desse fluido, o objeto geralmente é uma esfera onde no escoamento dela através do tubo preenchido pelo fluido há 3 forças atuando: a força peso, o empuxo e a de arrasto. Um problema é que se o tempo de escoamento for muito baixo será difícil medir a viscosidade dessa forma. [pic 11]