RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE PROCESSOS NA ENGENHARIA: DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE E DENSIDADE DE FLUIDOS

UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PERNAMBUCO

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

FELIPE ALMEIDA ARNALDO

RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE PROCESSOS NA ENGENHARIA:

DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE E DENSIDADE DE FLUIDOS

Orientador: Prof. Dr. Jailson Rolim Teodósio

Turma: NX70

Recife

06/04/2017

1. INTRODUÇÃO

1.1 – Densidade

        A densidade ou massa especifica relaciona a massa de uma determinada fluido/solido e o seu volume e pode ser definida pela Equação 1.

                                                    (Equação 1)[pic 1]

        No qual,

        p – Densidade (kg/m³);

        m – Massa (kg);

        V- Volume (m³).

        A densidade de uma substancia depende, em geral, da temperatura e da pressão. A densidade da maioria dos gases é proporcional à pressão e inversamente proporcional a temperatura. Líquidos e sólidos, por outro lado, são substâncias essencialmente incompressíveis e a variação de sua densidade com a pressão usualmente é desprezível.

        Existem diversos métodos de se determinar a densidade das substâncias como o uso de densímetro, refratômetro e picnômetro. A Figura 1 mostra os diferentes equipamentos e vidrarias.

[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

Figura 1- Diferentes soluções para medir densidade. Da esquerda para direita: Densímetro, Picnômetro e refratômetro.

        A medição de densidade dos líquidos tem grande importância para outras propriedades relacionadas das substancias como a viscosidade.

1.2 – Viscosidade

        Quando dois corpos sólidos se movimentam um em relação ao outro se desenvolve um força de atrito na superfície de contato, em direção oposta a esse movimento. Existe uma analogia similar quando um fluido se move em relação ao sólido ou quando dois fluidos se movem em relação um ao outro. Movemo-nos com relativa facilidade no ar, mas não tanto como a agua.

        O movimento em óleo é ainda mais difícil, como pode ser observada, a exemplo, uma bolinha de gude lançada em béquer cheio de óleo. Esta propriedade do liquido resistir ao movimento do sólido ou a fluidez é denominado de viscosidade. Pode-se denominar a viscosidade como a resistência que um fluido apresente ao escoamento. A Figura 2 demonstra como é o típico comportamento de um escoamento.

[pic 6]

Figura 2 - Escoamento de um fluido em uma superfície.

Se a força por unidade de área na placa superior da Figura 1 fosse medida, seria encontrada F/A = m V/d, isto é, a tensão cisalhante F/A é igual à viscosidade vezes a taxa de deformação, V/d, sendo d a distância entre as placas. Essa relação essencialmente define a viscosidade.

Um fluido que responde à tensão cisalhante (F/A) desta maneira é chamado de fluido Newtoniano, pois o fluido possui viscosidade que independem da velocidade. Muitos dos fluidos nos quais se deseja medir a velocidade são Newtonianos como água, leite, óleos leves. Sangue, Ketchup e plástico são exemplos de fluidos não-newtonianos.        

No escoamento cisalhante unidimensional de fluidos newtoniaos, a tensão de cisalhamento é expressa pela relação linear da Equação 2.

                                               (Equação 2)[pic 7]

No qual,

τ - Tensão de Cisalhamento;

μ – Coeficiente de viscosidade;

du – Variação de velocidade;

dy – Variação da distancia.

A constante de proporcionalidade ( coeficiente de viscosidade) pode também ser denominada de viscosidade dinâmica ou absoluta cuja a unidade é kg/m .s ou Pa.s. Outra unidade bastante utilizada é o Poise, que é equivalente a 0,1 Pa.s (ou centpoise, que é um centésimo do Poise).

Na mecânica dos fluidos e na transferência de calor, a razão entre viscosidade dinâmica aparece frequentemente. Por conveniências, essa razão é denominada viscosidade cinemática (). Esta viscosidade e expressa em m²/s ou em stoke (1 stoke = 0,0001 m²/s) e é calculada pela Equação 3. [pic 8]

                                                       (Equação 3)[pic 9]

No qual,

v – Viscosidade (m²/s);

µ - Viscosidade dinâmica;

p – Massa especifica (kg/m³).

         

        Em geral, a viscosidade de um fluido depende da temperatura e pressão, embora a dependência da pressão seja bastante fraca. Para líquidos, tanto a viscosidade dinâmica quanto a cinemática são praticamente independentes da pressão e qualquer variação de pressão é normalmente desprezada.

        Existem diversos equipamentos para a medição de viscosidade entre eles destacam-se o viscosímetro de Ostwald como um dos mais utilizados.