DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE PELO VISCOSÍMETRO OSTWALD

FALCULDADE SOCIESC DE CURITIBA

ERIC WESTPHAL

LUCAS LEOCADIO BATTISTON

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE PELO VISCOSÍMETRO OSTWALD

CURITIBA

2016

1. INTRODUÇÃO

A física é uma ciência que se originou há muito tempo, desde os tempos pré-históricos, neste período já se pensava sobre os elementos fogo, terra, ar e água. Assim, com o passar dos anos as técnicas de controle desses elementos foram se aperfeiçoando e o conhecimento sobre estes, foram se ampliando e cada elemento começou a ser estudado separadamente. Como conhecemos hoje, existem matérias que estudam o fogo como calor, energia, ou seja, a termodinâmica desse elemento, o estudo da terra é destinado à geologia com o estudo dos minérios e rochas, já o ar e a água são elementos estudados em mecânica dos fluidos. Essa disciplina tem como finalidade identificar e definir o comportamento desses elementos em determinadas condições e isso faz com que este conteúdo se torne muito abrangente.

1. OBJETIVO

Este trabalho se destina ao estudo de uma das propriedades reológicas dos fluidos, a viscosidade absoluta ou dinâmica (Brunetti, 2008) para fluidos newtonianos.

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

1. Viscosidade

Nos fluidos a propriedade viscosidade se dá devido ao fato de existirem tensões agindo no escoamento desses fluidos, essas tensões são chamadas de tensões de cisalhamento, onde há uma força que age na direção oposta ao movimento do fluido para uma determinada área, neste experimento a força a qual realiza o trabalho será a força gravitacional, abaixo é demonstrado um exemplo da ação de uma tensão de cisalhamento em um determinado fluido:

[pic 1]

Onde Umax é a velocidade na linha de centro do canal, conforme a figura abaixo:

[pic 2]

[pic 3]

A figura 1 mostra que quando um fluido está em movimento por uma tubulação fixa, o contato deste fluido com a parede da tubulação gera uma tensão de cisalhamento em direção ao eixo x negativo, enquanto o fluido se move em direção ao eixo x positivo, já para um fluido estático não existem tensões cisalhantes.

[pic 4]

[pic 5]

Com isso pode-se relacionar a equação que diz que a tensão de cisalhamento no eixo yx é igual ao limite da variação infinitesimal da força por uma variação infinitesimal da área quando a área tende a zero.

[pic 6]

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Sabe-se da resistência dos materiais que a taxa de deformação é calculada através da variação do ângulo em relação ao tempo, logo podemos calcular essa taxa em fluido em movimento através da equação:

[pic 7]

Conforme a figura 2, podemos relacionar essas variações para pequenas distancias. À distância δl, entre os pontos M e M’ é dada por;

[pic 8]

Alternativamente, para pequenos ângulos,

[pic 9]

Igualando essas duas expressões para δl, resulta

[pic 10]

Dessa forma, o elemento fluido da figura 2, quando submetido à tensão de cisalhamento, Ƭyx experimenta uma taxa de deformação dada por δu/δy. Levando em conta que alguns fluidos apresentam mais atrito do que outros devido a sua viscosidade, ou seja, uma coesão entre as moléculas e pelos choques entre elas.

A lei de Newton para viscosidade estabelece que a tensão de cisalhamento, Ƭyx é proporcional ao negativo do gradiente de velocidade (Fox, 2006), logo o que foi dito anteriormente se faz verdade e temos:

[pic 11]

Mas essas condições se dão apenas para fluidos newtonianos onde a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à taxa de deformação, quando isso não ocorre temos os fluidos não-newtonianos, plástico de bringham, pseudoplástico e dilatante, mas não iremos desviar o foco para estes materiais.

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1. Escoamentos

Escoamento completamente envolto por superfícies sólidas são chamados escoamentos internos ou em dutos. Escoamentos sobre corpos imersos num fluido não contido são denominados escoamentos externos. (Brunetti, 2008)

Os escoamentos em geral são classificados como laminar ou turbulento, essa definição se dá de acordo com o número de Reynolds (). Se Re ≤ 2300 o escoamento é dito laminar e acima deste valor o escoamento é dito turbulento (2). No experimento descrito neste trabalho apresentaremos o escoamento onde o diâmetro do tubo e a velocidade de escoamento é constante.[pic 12]

1. Viscosímetro Ostwald

Este modelo de viscosímetro permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade, tendo como base um fluido padrão, sendo feitas as medidas de viscosidade por comparação entre o tempo de escoamento do fluido no capilar, e o tempo de escoamento de um fluido de viscosidade conhecida.

Para esta comparação utilizamos a formula:

[pic 13]

Onde:

η: viscosidades dos fluidos

ρ: densidade dos fluidos

t: tempo de escoamento no viscosímetro.

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1. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

1. Materiais e reagentes

3x Becker 1,5L

3x Viscosímetros 100ml

2x Tripé de ferro

2x Tela de amianto

2x Bico de Bunsen

1x Pera de sucção

3x Suporte de ferro

3x Garras de ferro com ponteira de plástico

3x Termômetros

1x Isqueiro

1x Cronômetro

1x Acetona 1L (Arauquímica)

1x Álcool de cereais 1L (Metaquímica)

1x H2O 1L (Deionizada)

1. Parte Experimental

Primeiramente adicionou-se um pouco mais do volume total, nos Becker de 1,5L com água da torneira, dois destes foram levados ao aquecimento previamente montado com o tripé de ferro e a tela de amianto, o bico de Bunsen foi aceso com o isqueiro e a chama controlada através da entrada de ar, uma vez no aquecimento os sistemas de viscosímetros foram montados com a ajuda do suporte de ferro e as garras metálicas, foram adicionados alguns pedaços de papeis para fixar melhor os viscosímetros nas garras, pois a distância entre as garras era superior ao diâmetro dos tubos. O aquecimento foi controlado através dos termômetros imersos nos Becker chegando às temperaturas de 60°C, 40°C para os Becker em aquecimento e a temperatura de 25°C para o ultimo Becker. Nos viscosímetros primeiramente foram adicionados 15 ml de H2O deionizada e os mesmos foram depositados nos Becker com água e fixados nas garras metálicas, após a fixação dos mesmos, com a ajuda da pera de sucção o fluido dentro do viscosímetro foi elevado até acima da segunda marcação, com a remoção da pera de sucção o fluido começou o seu escoamento onde, a partir da segunda marcação iniciou-se a contagem através do cronômetro, para cada temperatura, foram coletadas cinco amostras. Este esquema se seguiu para os outros reagentes (álcool e acetona).