Viscosidade

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Curso de Engenharia Mecânica

Itamar da Silva Lima Júnior

Jéssica Maciel de Carvalho

Marcelo Mansueto Placidonio Silva

Maressa Silva Fidelis de Oliveira

Vinicius Henrique Correa Barbosa

LABORATÓRIO DE FLUIDOMECÂNICOS

Relatório 2 – Viscosidade

BELO HORIZONTE

2016

Itamar da Silva Lima Júnior

Jéssica Maciel de Carvalho

Marcelo Mansueto Placidonio Silva

Maressa Silva Fidelis de Oliveira

Vinicius Henrique Correa Barbosa

LABORATÓRIO DE FLUIDOMECÂNICOS

Relatório 2 – Viscosidade

Relatório apresentado à disciplina Laboratório de Fluidomecânicos do curso de graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Professor: Omar Ferreira Vilela

BELO HORIZONTE

2016

1 – INTRODUÇÃO

Um fluido é caracterizado como uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não importando o quão pequena possa ser essa tensão. Podem ser classificados como: Fluido Newtoniano ou Fluido Não Newtoniano. Viscosidade é uma propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, ou seja, é uma propriedade associada à resistência que o fluido oferece à deformação por cisalhamento, sendo classificada como Viscosidade dinâmica e cinemática. Para calcular a viscosidade do fluido existem vários métodos diferentes. Nesse experimento foi utilizado o método de Stokes para determinar a viscosidade da glicerina, óleo de rícino e o óleo lubrificante SAE 30.

1.1  Objetivo

A prática realizada tem o objetivo de analisar e calcular a viscosidade dinâmica e cinemática de três fluidos. O método utilizado para calcular as viscosidades, o método de Stokes, consiste em uma esfera que cai verticalmente no interior de três tubos transparentes contendo glicerina, óleo de rícino e o óleo lubrificante SAE 30, e em todos os tubos há um termômetro e um densímetro que nos auxiliam na hora de efetuarmos os cálculos.

1.2 Conceituação Teórica

Viscosidade é a medida da resistência interna de um fluido (gás ou líquido) ao fluxo, ou seja, é a resistência oferecida pelo líquido quando uma camada se move em relação a uma camada subjacente. Nos líquidos, a viscosidade vem do atrito interno, isto é, das forças de coesão entre moléculas relativamente juntas.

Introduzindo a constante de proporcionalidade tem-se,

τ = µ        sendo µ o coeficiente de viscosidade absoluta ou dinâmica.[pic 1]

É muito comum na engenharia, trabalhar com o conceito de viscosidade cinemática u que é definida como sendo a relação,

ν =        Sendo  ρa massa específica do fluido.[pic 2]

Os fluidos considerados Newtonianos são aqueles que possuem a tensão de cisalhamento diretamente proporcional à taxa de deformação e a viscosidade é constante para uma data temperatura. Como exemplo, podemos citar: água, óleo, ar.

Os fluidos não-newtonianos podem ser classificados em dois grupos:

• Não-newtonianos independente do tempo – pseudoplásticos, plásticos e dilatantes;
• Não-newtoniano dependente do tempo – Nesse grupo, os fluidos apresentam uma mudança na viscosidade em função do tempo sob condições constantes de taxa de cisalhamento.

Lei de Stokes

Segundo Stokes, sempre que um fluido escoa por uma esfera em repouso, ou quando a esfera se move através de um fluido em repouso, ela está sujeita à ação de uma força resistente que pode ser determinada através da expressão:

FR = 6 π µ R v

Sendo:

• FR = Força resistente;

• µ = Viscosidade dinâmica ou absoluta do fluido;

• R = Raio da esfera;

• V = velocidade da esfera em relação ao fluido.

No caso da viscosidade, a aplicação da lei de Stokes é feita através de um experimento, o mesmo feito neste, onde uma esfera cai verticalmente no interior de um tubo que contém um líquido. A aplicação da Lei de Stokes só é válida quando a velocidade de queda da esfera for suficientemente pequena para não causar turbulência. Quando ocorrer turbulência, a força resistente é muito maior que a força determinada pela lei de Stokes. Essa condição pode ser analisada a partir do cálculo do número de Re, uma vez que a condição de equilíbrio das forças é validada, segundo Stokes, quando Re < 1. Em casos do Re for pouco maior que 1, o resultado também pode ser validado.

Re = [pic 3]

Sendo:

R = raio da esfera; [m]

V = velocidade terminal ou limite da esfera; [m/s]

ν = viscosidade cinemática do fluido; [m2/s]

Esse processo para a determinação da viscosidade de fluidos pode ser também aplicado em líquidos e gases, em tubos fechados, utilizando esferas especiais fornecidas pelo fabricante do viscosímetro e inclusive para valores diversos da temperatura e da pressão.

2-  DESENVOLVIMENTO

2.1 Procedimento Experimental

        No processo de determinação da viscosidade do fluido deve-se primeiramente constatar a temperatura em que o fluido se encontra e sua respectiva densidade, com auxilio de um termômetro e um densímetro. Os dados foram facilmente adquiridos e registrados em uma folha de teste. Para o complemento do experimento foram respeitados os seguintes procedimentos: