Viscosímetro

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

CENTRO DE TECNOLOGIA DE ALEGRETE

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

LABORATÓRIO DE FENÔMENOS DE TRANSFERÊNCIA

PROFESSOR DR RENATO A. SILVA

PROJETO VISCOSÍMETRO DE ESFERA

FABRICIO GOULART FERNANDES

VITOR GODOY ARRUSSUL

JULHO 2014

1.Introdução

O presente trabalho fundamenta-se em projetar um viscosímetro por intermédio dos conhecimentos adquiridos na graduação de engenharia mecânica. O objetivo visa realizar a concepção do viscosímetro de esfera (Stokes) levando em consideração a previsão de custos do equipamento, plotando desenhos do Solid Works e por fim especificar as dimensões e materiais utilizados para a realização do projeto.

1.1.Viscosímetro de esfera ou Stokes

A Fig. (1) ilustra a concepção de um viscosímetro de esfera. Tal viscosímetro baseia-se na lei de Stokes. O líquido permanece estacionário em um tubo vertical de vidro. Uma esfera de tamanho e densidade conhecidos é deixada descer por um líquido. Se escolhida corretamente, ela atinge a velocidade terminal, que pode ser medida através do tempo que leva para passar por duas marcas no tubo. Sensores eletrônicos podem ser utilizados para fluidos opacos.

Conhecendo-se a velocidade terminal, tamanho e densidade da esfera, e a densidade do líquido, a lei de Stokes pode ser utilizada para calcular a viscosidade do fluido. Uma série de esferas de aço de diferentes diâmetros são normalmente utilizadas para melhorar a acurácia do cálculo em experimentos clássicos. A técnica é utilizada industrialmente para checar a viscosidade de fluidos utilizados nos processos, tais como diversos tipos de óleos e polímeros líquidos.

Figura (1): Viscosímetro de Stokes

2.Tipos de Viscosímetros

2.1.Viscosímetro de Brookfield

Os viscosímetros de rotação do tipo Brookfield são constituídos por um elemento rotante de forma cilíndrica ou em disco, inserido em um recipiente cilíndrico contendo o fluido do qual se deseja medir a viscosidade. É exercido um torque no elemento rotante para colocá-lo em movimento. Mede-se então o torque necessário para se chegar a uma determinada velocidade de rotação, e este torque é dependente da viscosidade do fluido. A faixa de medição típica vai de 5 a 400000 cP.

Figura (2): Viscosímetro Primário de Brookfield

2.2.Viscosímetro do tipo Couette

Os viscosímetros do tipo Couette, o recipiente cilíndrico rotaciona a uma determinada velocidade angular enquanto que o cilindro interno é mantido fixo e imerso no fluido. Mede-se a força necessária para manter o cilindro interno parado; a partir da medida desta força, consegue-se determinar a viscosidade do fluido.

Figura (3): Viscosímetro de Couette

2.3.Viscosímetro em tubo u

São também conhecidos como viscosímetros capilares de vidro ou viscosímetros Ostwald. Este método clássico consiste na medida do tempo que um fluido leva para passar por um capilar. É utilizado como medidor padrão da viscosidade da água e, mais genericamente, da viscosidade de fluidos newtonianos. Em condições ideais pode chegar a uma precisão de cerca de 0,1%.

Em um braço do U há uma seção vertical com perfuração estreita precisa (o capilar). Acima disso há um bulbo, e no outro braço do U há um bulbo em um nível mais baixo que o primeiro. Quando em uso, o líquido é puxado para o bulbo mais alto por sucção, e então deixado fluir até o bulbo mais baixo através do capilar. Duas marcas (uma acima e uma abaixo do bulbo mais alto) indicam um volume conhecido. O tempo levado para o nível do líquido passar entre as duas marcas é proporcional à viscosidade cinemática. A maioria das unidades comerciais são fornecidas com um fator de conversão ou podem ser calibradas com um fluido cujas propriedades são bem conhecidas. É medido o tempo requerido para o líquido teste fluir pelo capilar de diâmetro conhecido entre as duas marcas de um viscosímetro de fator de conversão conhecido. Multiplicando o tempo requerido pelo fator do viscosímetro, obtém-se a viscosidade cinemática.

Tais viscosímetros podem ser classificados como de fluxo direto ou de fluxo reverso. Viscosímetros de fluxo reverso possuem o reservatório acima das marcas e os de fluxo direto são aqueles com o reservatório abaixo das marcas. Estas classificações existem para que o nível possa ser determinado mesmo quando líquidos opacos ou com corantes são utilizados, pois senão o líquido cobriria as marcações e tornaria impossível a medida do tempo em que o nível do líquido passa a marca.

Sua utilização não é adequada para fluidos de alta viscosidade ou fluidos contendo partículas sólidas. Não se pode utilizá-los para medição de viscosidade de fluidos não-newtonianos.

Figura (4): Viscosímetro em tubo U

2.4.Viscosímetro de Vibração

São bastante utilizados por indústrias para medir a viscosidade de fluidos utilizados durante os processos industriais.

Uma barra é imersa no fluido e esta vibra com determinada frequência. Diferentes modos operacionais podem ocorrer a fim de determinar a viscosidade do fluido:

Medida da amplitude de vibração da barra, que é determinada pela viscosidade do fluido;

Medida da potência necessária para manter a barra vibrando a uma amplitude constante;

Medida do tempo de decaimento da oscilação quando desligada a vibração. Quanto maior a viscosidade, mais rápido é o decaimento do sinal.

A viscosidade de fluidos muito ácidos ou muito básicos pode também ser medida adicionando-se uma cobertura de proteção no viscosímetro, tal como uma camada de esmalte, ou modificando o material do sensor (o sensor