Relatório Laboratório de Engenharia Química

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE AGROTECNOLOGIA E CIÊNCIAS SOCIAIS CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA

ROTEIROS DE AULAS

 

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA

Professora: Geraldine Angélica Silva da Nóbrega

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PRÁTICA 1: Determinação da viscosidade cinemática de líquidos

 

1. Objetivo

Compreender o significado da definição de viscosidade, bem como expressar em unidades usuais; Identificar os tipos de viscosímetros existentes; Determinar experimentalmente a viscosidade relativa de soluções de hidróxido de sódio (0,5M e 1,0M) e óleo de soja. Verificar a dependência da viscosidade com a concentração e com a temperatura utilizando um viscosímetro capilar.

2. Introdução

A ciência que estuda a viscosidade dos líquidos, também chamada de reologia, é a parte da físico-química que investiga as propriedades e o comportamento mecânico de corpos que sofrem uma deformação (sólidos elásticos) ou um escoamento (fluido: líquido ou gás) devido à ação de uma tensão de cisalhamento (num corpo sujeito a uma força cortante, força por unidade de área da seção transversal do corpo – Figura 1). O entendimento e o controle das propriedades reológicas são de fundamental importância na fabricação, no manuseio e em processos (bombeamento de líquidos em tubulações, moldagem de plásticos, são alguns exemplos).

Figura 1. Modelo de fluxo laminar em um líquido. (a) viscosímetro hipotético de paredes paralelas; (b) viscosímetro capilar.

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3. Viscosidade

A viscosidade de um líquido é definida como sendo a resistência interna oferecida ao movimento relativo de diferentes partes desse líquido, o que lhe caracteriza como sendo o inverso da fluidez. O fluxo laminar é assim chamado, pois apresenta diferentes “lâminas” do líquido movendo-se com diferentes velocidades (Figura 1). Em um viscosímetro capilar (Figura 1b), o líquido em contato com a parede do capilar tem velocidade igual à zero, atingindo uma velocidade máxima no centro do capilar. Em um líquido muito viscoso, a velocidade varia pouco da parede para o centro do capilar e o líquido escoa lentamente. Note que a viscosidade (η) é inversamente proporcional a este gradiente de velocidade, ou taxa de cisalhamento (γ) (veja equação 4). A viscosidade mede a resistência de um líquido em fluir (escoar) e não está diretamente relacionada com a massa específica do líquido, que é a relação massa/volume. Por exemplo, o óleo de soja utilizado para cozinhar é mais viscoso que a água, embora seja menos denso. Apesar da nítida diferença entre viscosidade e massa específica, é comum ouvir a frase “este líquido é muito denso” para se referir a um líquido que tem dificuldade em escoar. A frase correta deveria ser “este líquido é muito viscoso”. Matematicamente, a viscosidade (η) é a derivada do gráfico da força de cisalhamento por unidade de área entre dois planos paralelos de líquido em movimento relativo (tensão de cisalhamento, τ) versus o gradiente de velocidade dv/dx (taxa de cisalhamento, γ) entre os planos, segundo a equação 1.

[pic 6]                                                                                (1)

[pic 7]                        taxa de cisalhamento                (2)

[pic 8]                                        tensão de cisalhamento        (3)

[pic 9]                                        viscosidade                        (4)

A unidade de viscosidade no sistema internacional é expressa segundo a equação 5.

[pic 10]                                                        (5)

no sistema CGS de unidades, a unidade de viscosidade é o poise (P), equação 6.

[pic 11]                                                                                 (6)

Seu nome é uma homenagem a Jean-Louis-Marie Poiseuille. Comparando esta unidade com o SI temos a relação 1Pa s= 10P. Em algumas situações é conveniente usar a viscosidade cinemática que é a viscosidade dividido pela massa específica do líquido, Equação 7.

[pic 12]                                                                                (7)

3.1. Viscosímetros e as medidas da viscosidade de substâncias

Existem quatro tipos básicos de viscosímetros, sendo eles:

1. Viscosímetro capilar: a viscosidade é medida pela velocidade de escoamento do líquido através de um capilar de vidro. É medido o tempo de escoamento do líquido entre duas marcar feitas no viscosímetro. A figura 2 apresenta 3 tipos e viscosímetro capilar.
2. Viscosímetro de orifício: A viscosidade é medida pelo tempo que um volume fixo de líquido gasta para escoar através de um orifício existente no fundo de um recipiente.
3. Viscosímetro rotacional. A viscosidade é medida pela velocidade angular de uma parte móvel separada de uma parte fixa pelo líquido. Nos viscosímetros de cilindro concêntricos, a parte fixa é, em geral, a parede do próprio recipiente cilíndrico onde está o líquido. A parte móvel pode ser formato de palhetas ou um cilindro.
4. Viscosímetro de esfera. A viscosidade é medida pela velocidade de queda de uma esfera dentro de um líquido colocado em um tubo vertical de vidro. É medido o tempo que uma esfera gasta para percorrer o espaço entre duas marcas feitas no viscosímetro.

Figura 2. Viscosímetro do tipo capilar: a) viscosímetro de Ostwald, b) viscosímetro de Cannon-Fenske, c) viscosímetro de Ubbelohde.