DEFINIÇÃO DO FATOR DE VISCOSIDADE: VISCOSIMETER OSTWALD

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA

Licenciatura Plena em Química

Centro de Ciência e Tecnologia

Físico-Química Experimental I

Professora Janaína Oliveira

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE: VISCOSÍMETRO DE OSTWALD

________________________________________________ Mat: ______________

________________________________________________ Mat: ______________

________________________________________________ Mat: ______________

________________________________________________ Mat: ______________

________________________________________________ Mat: ______________

Campina Grande – PB

2012

1 INTRODUÇÃO

Viscosidade é uma grandeza física frequentemente associada às propriedades dinâmicas dos fluídos, nos quais incluem os gases, vapores, líquidos, materiais plásticos ou mesmo grãos de matéria sólida e a matéria sólida no estado fundido. Em uma linguagem refinada, a viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluído se movimenta. Ou ainda podemos dizer que a viscosidade é a medida da resistência de um fluído à deformação causada por um torque (momento estático). É comumente percebida como a “grossura”, ou resistência ao despejamento. Dessa forma, quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluído se movimenta, onde menor será a quantidade de matéria transportada pelo líquido.

Na literatura, podemos encontrar uma verdadeira gama de informações a respeito da viscosidade das substâncias, havendo a reunião de vários conceitos sobre o tema, facilitando a compressão pela seleção da linguagem mais acessível. A viscosidade de um líquido, o inverso da fluidez, estaticamente mede a resistência interna oferecida ao movimento relativo de diferentes partes desse líquido. Ou seja, a viscosidade mede a resistência de um líquido em fluir (escoar).

Assim como na maioria das substâncias, vários fatores influenciam das características físicas e químicas destas. Podemos citar a densidade, relação massa/volume das substâncias. Para a viscosidade, a densidade não esta ligada diretamente, havendo líquidos com densidades relativamente próximas, possuindo discrepantes coeficientes para viscosidade, contudo, sempre deve ser considerada, pois, para líquidos com características físico-químicas parecidas, podem influenciar na viscosidade.

Um exemplo de uma grande diferença de viscosidade pode ser observado entre a água e o óleo. Ambos possuem coeficientes de viscosidade iguais, porém, o óleo apresenta grande viscosidade em relação à água. Isso pode ser explicado pela diferença de polaridade de suas moléculas, bem como, as forças coexistentes sobre elas.

Matematicamente, a viscosidade () é a derivada do gráfico da força de cisalhamento por unidade de área entre dois planos paralelos do líquido em movimento relativo (tensão de cisalhamento, ) versus o gradiente de velocidade dv/dx (taxa de cisalhamento, ) entre os planos, isto é,  =  , onde:

taxa de cisalhamento γ=dv/dx=(velocidade diferencial)/(espessura diferencial)

tensão de cisalhamento τ=dτ/dγ=(F (força))/(A (área)) viscosidade = dτ/dγ=(F⁄A)/(dv⁄dx)

A unidade de viscosidade comumente utilizada no sistema cgs é a poise (g/cm.s = P), definido como a viscosidade de um líquido em que a unidade de força por unidade de área, agindo sober as duas camadas líquidas de área unitária e separadas pela unidade de comprimento, provocando um deslocamento que ocorre com a unidade de velocidade. Atualmente, como a viscosidade da água a 20C é muito próxima de um centipoise (um cp; valor exato: 1,002 cP) os valores de viscosidade eram freqüentemente tabelados em cP. A relação entre a atual unidade SI e a antiga unidade é 1 mPa  s = 1 cP.

Habitualmente, podemos expressar a viscosidade de um líquido observando-se a velocidade de escoamento através de alguma forma de tubo capilar. Para determinação exata, deve-se manter um escoamento paralelo ao eixo do tudo, e a velocidade não deve exceder a certo valor, o qual ficará dependendo da viscosidade do líquido e do raio do tubo. A viscosidade de fluído pode ser determinada por vários métodos experimentais, como por exemplo, a medida do tempo de vazão de um líquido através de um capilar, a medida do tempo de queda de uma esfera através de um líquido. Podemos ainda determinar a viscosidade cinemática, expressa por:

ϑ=/ρ (Eq.1)

onde  é a viscosidade dinâmica e ρ é a massa específica do líquido. Tem por unidade o Stokes (g/cm.s).

Um método que atende bem as essas expectativas é o procedimento utilizando o viscosímetro de Ostwald.

O viscosímetro de Ostwald permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade a partir de uma substância padrão. Neste caso as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo de vazão de um líquido de viscosidade conhecida, geralmente a água, e do líquido cuja viscosidade se deseja determinar. A equação utilizada para tanto é expressa da seguinte forma:

〖 〗_relativa=_1/_2 =(ρ_1 t_1)/(ρ_2 t_2 ) ρ (Eq.2)

onde , ρ e t são respectivamente o coeficiente de viscosidade dinâmica, massa específica e o tempo de escoamento. Esse método propõe bons resultados para líquidos com viscosidade média (água) – poucos viscosos.

O grau de viscosidade é importante em muitas aplicações. Por exemplo a viscosidade do óleo do motor determina o quanto ele pode efetivamente lubrificar as partes de um motor de automóvel.

2 MATERIAL E MÉTODO

2.1 MATERIAIS UTILIZADOS

Viscosímetro