Fenomenos De Transporte

Este trabalho destina-se a complementação do conteúdo ministrado em aula e parte da avaliação da disciplina Fenômenos de Transportes (MEC-103), abordando os seguintes assuntos: Viscosidade, Óleos lubrificantes e Viscosímetros. O conteúdo foi desenvolvido através de consultas bibliográficas (livros e internet), além da experiência realizada no dia 24/08/2011, orientado pelo professor Marcos no laboratório TÚNEL DE VENTO da Universidade Gama Filho, no Campus Piedade, onde foi apresentado o

Viscosímetro SAYBOLT UNIVERSAL ASTM D-8, abordando a importância e características de diversos tipos de óleos lubrificantes.

O trabalho foi executado pelos seguintes alunos da graduação de Engenharia:

Agatha Faria, Bruno Ferreira, Décio Martins, Luiz Cláudio Medeiros, Pedro Paulo Marujo e Priscilla Queiroz.

Capítulo 1: Viscosidade

A viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de momento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta.

1.1-Conceito e Unidades

VISCOSIDADE, ÓLEOS LUBRIFICANTES E VISCOSÍMETROS 4

É a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura. Define-se pela lei de Newton da viscosidade:

Pressão laminar de um fluido entre duas placas. Atrito entre o fluido e a superfície móvel causa a torsão do fluido. A força necessária para essa ação é a medida da viscosidade do fluido. Onde a constante μ é o coeficiente de viscosidade, viscosidade absoluta ou viscosidade dinâmica. Muitos fluidos, com água ou a maioria dos gases, satisfazem os critérios de Newton e por isso são conhecidos como fluídos newtonianos. Os fluidos não newtonianos têm um comportamento mais complexo e não linear. Viscosidade é a propriedade associada a resistência que o fluido oferece a deformação por cisalhamento. De outra maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente a interações intermoleculares, sendo em geral função da temperatura. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento. Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade.

Viscosidade cinemática A viscosidade cinemática é definida por:

VISCOSIDADE, ÓLEOS LUBRIFICANTES E VISCOSÍMETROS 5 em que ρ é a massa específica do fluido.

Unidades

No SI, a unidade da viscosidade cinemática ν é m2 /s No sistema CGS é utilizada a unidade Stokes (St), sendo um Stokes igual a 10 -4 m2 /s e dada a magnitude do seu valor é preferível utilizar a forma centistokes.

A viscosidade absoluta tem como unidade Pa.s (N.s/m2 ) em unidades do SI. Essa unidade é normalmente expressa em mPa.s dado a sua magnitude. Outra forma conveniente, a partir do sistema CGS é o Poise, sendo um Poise igual a 0,1 Pa.s, ou seja, um centipoise (cP) é igual a 1 mPa.s .

1.2- Fluidos Newtonianos e Não Newtonianos

Fluidos Newtonianos

Um fluido newtoniano é um fluido em que cada componente da tensão cisalhante é proporcional ao gradiente de velocidade na direção normal a essa componente. A constante de proporcionalidade é a viscosidade dinâmica. Nos fluidos newtonianos a tensão é diretamente proporcional à taxa de deformação. Como exemplo, pode-se citar a água, o ar, óleos e outros fluidos com comportamentos "normais", newtonianos.

Fluidos Não-Newtonianos

O fluido não-newtoniano é um fluido cuja viscosidade varia proporcionalmente a energia cinética que se imprime a esse mesmo fluido, respondendo de forma quase instantânea. Para exemplo temos a mistura do amido de milho com água que, dependendo da energia cinética que recebe, pode ser um sólido ou um líquido, apresentando característica viscosa. Se o movimento que se lhe imprime for rápido esta mistura torna-se um sólido e assim que se cessa o movimento, esta transforma-se novamente em líquido.

1.3- A Relação Entre a Viscosidade e a Temperatura nos Gases e nos Líquidos

VISCOSIDADE, ÓLEOS LUBRIFICANTES E VISCOSÍMETROS 6

A viscosidade depende da temperatura, e verificam-se efeitos opostos sobre a viscosidade de gases e de líquidos em função da variação da temperatura. Em geral, nos gases a coesão intermolecular é desprezível, resultando no fato de que a tensão cisalhante entre duas camadas do fluído em escoamento é devida a transferência de momento linear entre essas camadas. No escoamento laminar, o movimento do fluído ocorre em lâminas paralelas. Devido ao movimento molecular caótico, resulta transferência de moléculas na direção transversal ao escoamento entre camadas com velocidades diferentes, ou seja, ocorre transferência de momento linear entre as camadas, decorrente das colisões intermoleculares. Essa atividade molecular aumenta com o acréscimo de temperatura, de forma que a viscosidade aumenta com a temperatura dos gases.

Nos líquidos, as distancias intermoleculares e a intensidade dos movimentos das moléculas são muito menores que nos gases, de forma que a transferência de momento linear entre as camadas, devido aos movimentos moleculares, pode ser desprezada. Assim, as tensões cisalhantes e a viscosidade dependem principalmente da intensidade das forças de coesão intermolecular que diminuem com o acréscimo de temperatura, de maneira que a viscosidade dos líquidos diminui com aumento da temperatura.

1.4- Viscosidade de Uma Mistura de Óleos

Diante dos problemas ambientais que assolam o planeta e da decorrente necessidade de reduzir a emissão de gases indutores do efeito estufa, o estudo de combustíveis de origem renovável ganha enorme importância. Neste cenário, o biodiesel se apresenta como uma alternativa viável de combustível de fonte renovável, capaz de substituir o óleo diesel nas aplicações automotivas [BAIRD, 2002]. Em vista da diversidade