O Relatorio Viscosimetro

VISCOSÍMETRO DE STOKES

Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina de Laboratório de Engenharia de Bioprocessos I sob responsabilidade do Professor Enio Nazaré de Oliveira Júnior.

Ana Cristina Olveira Conti Neves – 184250034

Gabriella Cristina Procópio - 144200034

Sayannys Thayná Silva Messias – 144200030

Sérgio Jr. Goularth Alves – 154200055

Ouro Branco, 2019

1. INTRODUÇÃO

A viscosidade é uma das variáveis que caracteriza reologicamente uma substância, ou seja, uma propriedade capaz de especificar a deformação ou a taxa de deformação que uma substância apresenta quando sujeita a uma tensão. Como propriedade de um fluido, a viscosidade é extremamente importante tanto em aplicações técnicas quanto em aplicações na natureza, como, por exemplo, na lubrificação de máquinas ou no escoamento do sangue pelas veias e artérias. Em relação aos bioprocessos, a viscosidade pode ser influente, por exemplo, no projeto de biorreatores, na análise de crescimento celular, na escolha de equipamentos, como bombas e outros equipamentos relacionados à movimentação de fluidos, etc.

Para determinar a viscosidade de fluidos, foram desenvolvidos diferentes tipos de equipamentos capazes de realizar medições diretas ou indiretas. Eles podem ser classificados em dois grupos: primário e secundário. No grupo primário, enquadram-se os instrumentos que realizam uma medida direta da tensão e da taxa de deformação da amostra de fluido, entre eles, o de disco, de cone-disco e de cilindro rotativo. Já os viscosímetros do grupo secundário, inferem a razão entre a tensão aplicada e a taxa de deformação sem medir a tensão e deformação diretamente; entre eles, destacam-se o viscosímetro capilar e o viscosímetro de Stokes, neste último, a viscosidade é determinada pelo tempo de queda livre de uma esfera.

A escolha do tipo de viscosímetro a ser utilizado depende do propósito da medida e do tipo de líquido a ser investigado, de forma que cada um deles possui suas vantagens e limitações. No entanto, para guiar a escolha mais adequada, tem-se que os viscosímetros secundários são aplicados, principalmente, a fluidos Newtonianos, por medirem a viscosidade indiretamente. E, mais precisamente, o viscosímetro de Stokes, utilizado neste experimento, se destaca por apresentar o menor custo; no entanto, é o que necessita de maior volume de fluido e só pode ser aplicado a líquidos translúcidos. Uma vez que a glicerina é classificada como um fluido Newtoniano, sua viscosidade pode ser adequadamente medida utilizando o viscosímetro de Stokes, como proposto pelo experimento.  

1. OBJETIVOS

Estudar o efeito do atrito no escoamento de fluido viscoso através da queda livre de uma esfera maciça e determinar a viscosidade do fluido.

1. MATERIAL E MÉTODOS

Antes de iniciar o experimento propriamente dito (determinação da viscosidade da glicerina) com o uso do viscosímetro de Stokes, foram realizadas as seguintes medições: temperatura da glicerina, utilizando-se um termômetro de mercúrio; diâmetro das esferas utilizadas, de diferentes tamanhos, e da proveta utilizada como viscosímetro, com o auxílio de um paquímetro e de uma fita métrica, respectivamente; altura do nível de glicerina na proveta, com a fita métrica, e a massa das esferas, utilizando-se uma balança analítica.

Feitas as medições, e tendo sido o experimento previamente preparado (encheu-se uma proveta de 1L com glicerina até certo nível de altura, não completamente; e selecionou-se três esferas de diferentes tamanhos, deu-se início ao experimento. As bolinhas foram deixadas cair dentro da proveta contendo glicerina, uma a uma, sendo determinado o tempo de corrida de cada uma delas, desde que passaram do nível de glicerina até chegarem ao fundo da proveta, com o auxílio de um cronômetro monitorado por um dos alunos participantes da prática.

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os valores obtidos experimentalmente para as massas das esferas, diâmetro e tempo de queda, assim como os dados da proveta utilizada estão apresentados na Tabela 1.

Tabela 1: Valores experimentais da massa, diâmetro e tempo obtidos experimentalmente e os dados da proveta utilizada.

Esfera	Massa (kg)	Diâmetro (m)	Tempo de queda (s)	Altura da proveta –  (m)[pic 1]	Diâmetro da proveta (m)	Média dos tempos ± desvio padrão (s)
Pequena	0,00204	0,008	1,57	0,638	0,0335	1,583333 ± 0,06806
1,62
1,56
Média	0,00447	0,0103	1,31	1,366667 ± 0,05196
1,38
1,41
Grande	0,00829	0,0126	1,12	1,1 ± 0,01732
1,15
1,03

Ao analisar os dados da Tabela 1, observa-se que a massa da esfera é inversamente proporcional ao tempo de queda, visto que o aumento das massas provoca uma diminuição do tempo de queda, que se deve ao aumento da força peso.

Para o cálculo da velocidade limite (VL), utilizou -se a Equação 1:

                                                                                        (Equação 1)[pic 2]

Onde 𝛥𝐿 é a distância percorrida pela esfera e 𝛥𝑡, o tempo gasto para percorrer essa distância. A Tabela 2 apresenta esse cálculo, além de apresentar os valores do raio da esfera (r), raio da esfera ao quadrado (r2) e tempo de queda.