MECÂNICA DOS FLUIDOS CONSTRUÇÃO DE UM VISCOSÍMETRO DE CILINDRO ROTACIONAL

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

MECÂNICA DOS FLUIDOS

CONSTRUÇÃO DE UM VISCOSÍMETRO DE CILINDRO ROTACIONAL

ALUNOS:

LEONARDO BRUNO POZZATI, RA: 90073

LUCAS MARSCHALL, RA: 88548

RAFAEL CUBAS SILVA, RA: 84968

PROFESSOR:

WAGNER ANDRÉ DOS SANTOS CONCEIÇÃO

Maringá,

2017

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LEONARDO BRUNO POZZATI, RA: 90073

LUCAS MARSCHALL, RA: 88548

RAFAEL CUBAS SILVA, RA: 84968

CONSTRUÇÃO DE UM VISCOSÍMETRO DE CILINDRO ROTACIONAL

Trabalho apresentado ao Prof. Dr. Wagner Conceição da disciplina 4322 - Mecânica dos Fluidos como requisito parcial para obtenção da nota do 4° bimestre.

Maringá,

2017

AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente a Deus, nossas famílias e amigos que direta ou indiretamente nos ajudaram a realizar e finalizar esse projeto com êxito.

Ao Professor Fernando Moro, por nos oferecer seu tempo e conhecimento técnico e profissional, que sem sua orientação e atenção com o grupo, as realizações deste projeto nas condições presentes se tornariam inviáveis.

A nossos colegas de equipe pela cooperação e dedicação.

Agradecemos ao nosso orientador a oportunidade de desenvolver este trabalho.

RESUMO

Este trabalho consiste na construção de um viscosímetro capaz de medir a viscosidade de certo fluido. Existem quatro principais tipos desse equipamento. Foi escolhido o modelo de viscosímetro rotacional, no qual foi desenhado usando a ferramenta SolidWorks e usinado em alumínio pelo torno mecânico do laboratório do bloco O-27. O viscosímetro trabalha com um cilindro coaxial a outro cilindro preenchido com o fluido a ser analisado. Utilizando um motor e um sensor magnético, é possível realizar leituras de dados, com certa periodicidade, e com o uso do software Matlab, calcular e mostrar os resultados, revelando a viscosidade do fluido em questão, para em seguida fazer uma analise sistemática comparando com o valor da literatura.

Palavras-chave: Viscosidade. Fluido. Software.

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ABSTRACT

This work involves the construction of a viscometer that can measure the viscosity of certain fluid. There are four main types of this equipment. It was chosen rotational viscometer model, which was designed using SolidWorks and machined in aluminum by the O-27 block laboratory lathe. The viscometer works with a coaxial cylinder to another cylinder filled with the fluid to be analyzed. Using a motor and a magnetic sensor, it is possible to perform data readings, with some frequency, and using the Matlab software, calculate and display the results, revealing the viscosity of the fluid in question, to then make a systematic analysis comparing the value from literature.

Keywords: Viscosity. Fluid. Software.

LISTAS DE FIGURAS

Figura 1.1: Comportamento de um fluído entre duas placas paralelas ----------------------------- 8

Figura 1.2: Tensão de cisalhamento sobre a taxa de deformação de fluídos newtonianos e não newtonianos ---------------------------------------------------------------------------------------------- 12

Figura 1.3: Desenhos esquemáticos dos viscosímetros de Disco e de Cone-disco respectivamente ------------------------------------------------------------------------------------------14

Figura 1.4: Demonstração de um viscosímetro rotativo de cilindros coaxiais -------------------15

Figura 1.5: Viscosímetro capilar de vidro ------------------------------------------------------------16

Figura 1.6: Viscosímetro de Stokes (esfera) ----------------------------------------------------------16

Figura 3.1: Desenho do viscosímetro desmontado ------------------------------------------------------18

Figura 3.2 – Montagem do viscosímetro -----------------------------------------------------------------18

Figura 3.3 – Esquema de quatro possíveis circuitos elétricos -------------------------------------------19

Figura 3.4 – Código do programa do arduino --------------------------------------------------------20

Figura 3.5 – Programa realizado no Matlab para leitura e contagem das voltas -----------------21

Figura 4.1 – Função linear da velocidade angular e torque ----------------------------------------24

Figura 4.2 – Tela do MatLab para Óleo de soja a 26 oC --------------------------------------------27

Figura 4.3 – Tela do MatLab para detergente de coco a 26 oC ------------------------------------28

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 – Coeficientes de viscosidade de diferentes fluídos ------------------------------------------9

Tabela 1.2 – Limites para o número de Reynolds -------------------------------------------------------- 14

Tabela 4.1 – Dados das velocidades angulares da Água --------------------------------------------22

Tabela 4.2 – Dados das velocidades angulares do Óleo de Soja -----------------------------------22

Tabela 4.3 – Dados das velocidades angulares do Detergente (coco) -----------------------------22

Tabela 4.4 – Dados das velocidades angulares do Álcool Etílico ---------------------------------22

Tabela 4.5 – Dados das velocidades angulares do Azeite de oliva --------------------------------23

Tabela 4.6 – Médias aritméticas das velocidades angulares ----------------------------------------23

Tabela 4.7 – Torques dos três circuitos analisados, para o Azeite e Álcool Etílico ------------24

Tabela 4.8 – Torque e viscosidade dinâmica para o detergente (coco) nos 3 circuitos --------26