Os Fenômenos de Transporte

Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho – UNESP

Instituto de Química de Araraquara – IQ

Curso: Engenharia Química

Prática 1 – Determinação da viscosidade

 19/08/2015

Araraquara – SP

2015

Sumário

1. Introdução        1

2. Objetivos        3

3. Metodologia        3

3.1. Viscosímetro de Stokes        4

3.2. Viscosímetro de Copo de Ford        4

3.3. Viscosímetro de Hoppler        4

3.4. Viscosímetro de Mac Michael        5

3.5. Rheo Viscosímetro        5

4. Resultados e discussão        6

4.1. Viscosímetro de Stokes        6

4.2. Viscosímetro de Copo de Ford        7

4.4. Viscosímetro de Mac Michael        9

4.5. Viscosímetro de Rheo        10

5. Conclusão        11

6. Bibliografia        11

1. Introdução

        O viscosímetro de Stokes mede a viscosidade absoluta de um fluido translúcido, como óleos e polímeros líquidos, em um intervalo de 20cP até 85000 cP, a partir da queda de uma esfera conhecida em um fluído. Stokes avaliou o fluxo do fluido ao redor da esfera para valores de número de Reynolds muito pequenos (menores que 1), ou seja, para um escoamento laminar.

Esse viscosímetro apresenta um custo relativamente baixo mas necessita de um grande volume de fluido e um tubo comprido para que a esfera atinja a velocidade terminal. O cálculo da viscosidade é feito a partir do equilíbrio dinâmico entre as forças peso, empuxo e força de resistência aplicada pelo fluido devido a viscosidade.

Pelo balanço de forças:   →   [pic 1][pic 2]

   →    [pic 3][pic 4]

     ou     [pic 5][pic 6]

        O viscosímetro de copo de Ford mede a viscosidade cinemática de um fluido, como tintas, vernizes e resinas, a partir do tempo de escoamento do fluido pelo orifício de um copo adequadamente escolhido. O tempo de escoamento é proporcional à viscosidade cinemática do fluido e depende tanto do diâmetro do furo quanto da temperatura de ensaio, que deve ser mantida constante durante a medição.

É um método simples, rápido e que requer um pequeno volume de amostra de fluido, mas não é adequado para líquidos não newtonianos. Cada copo tem uma fórmula específica para calcular a viscosidade cinemática e os mais usados são os tipos 1, 4 e 5.

Copo 1: v = 0,49 (t – 35)

Copo 4: v = (3,846t – 17,3)

Copo 5: v = 12,1 (t – 2)

        O viscosímetro de Hoppler calcula a viscosidade absoluta a partir da queda de corpos em fluido assim como o viscosímetro de Stokes. Nesse viscosímetro, o tubo que contém o fluido possui uma inclinação de 10º para garantir que a esfera irá se deslocar sempre da mesma forma dentro do líquido, eliminando problemas de excentricidade de queda do viscosímetro convencional.

Durante a queda da esfera, a velocidade terminal de queda é alcançada quando a força peso se iguala à soma da força empuxo e a força de arrasto (atrito com o fluido). Devido ao fato da esfera não se deslocar no centro do tubo, existe a necessidade de se usar fatores de correção na expressão de cálculo.

[pic 7]

        O viscosímetro de rotação ou viscosímetro de Mac Michael é usado para fluidos newtonianos e fluidos não newtonianos para calcular a viscosidade absoluta a partir de cilindros que aplicam uma tensão de deformação no fluido ao girar. Para tanto, o equipamento é composto por um par de cilindros coaxiais e enquanto um gira o outro permanece estático (sem movimento). O torque necessário para manter o rotor a uma determinada velocidade é transformado em uma medida da taxa de deformação e a viscosidade segue uma equação.

Considerando o torque da superfície lateral e do fundo:                      [pic 8]

Considerando apenas o torque da superfície lateral:        [pic 9]

        O Rheo viscosímetro permite obter a viscosidade absoluta do fluido e determinar a tensão de cisalhamento.

Viscosidade absoluta:            [pic 10]

Tensão de cisalhamento: [pic 11]

2. Objetivos

        Manusear diferentes tipos de viscosímetros e densímetros para determinar a viscosidade absoluta e cinemática e a densidade de diferentes fluidos.         

3. Metodologia

3.1. Viscosímetro de Stokes

Mediu-se uma distância de 69 cm entre as duas marcações que foram tomadas como pontos inicial e final e foi marcado o tempo de queda das esferas imersas em glicerina. Foram usadas três esferas de diferentes diâmetro e massas: 0,82g com 0,6cm de diâmetro; 1,95g com 0,8cm de diâmetro; e 3,51g com 0,95cm de diâmetro.

        Ao virar o tubo em 180 graus, as esferas começavam a descer. Com um cronômetro foi possível determinar o tempo que as esferas levaram para passar pelos pontos inicial e final. Mediu-se também a temperatura ambiente em que ocorreu o experimento.

Esse procedimento foi repetido cinco vezes para cada uma das três esferas que estavam dentro do tubo. Em caso de colisões entre as esferas durante o procedimento, a medida do tempo era descartada e uma nova medida era realizada.

3.2. Viscosímetro de Copo de Ford

        Através de um densímetro imerso nos fluidos, mediu-se a densidade relativa dos dois fluidos que foram utilizados durante o experimento, glicerina e sabão líquido. Regulou-se os pés do suporte em que o copo de Ford estava apoiado para nivelar o copo.

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