Baixe Relatório Prático Viscosidade e outras Provas em PDF para Química Industrial, somente na Docsity!
1. Introdução
Viscosidade é a resistência apresentada por um fluido à alteração de sua forma, ou aos movimentos internos de suas moléculas umas em relação às outras. A viscosidade de um fluido indica sua resistência ao escoamento sendo o inverso da viscosidade, a fluidez. O conhecimento e o controle da viscosidade constituem uma das principais preocupações das indústrias de óleos, vernizes e tintas, que para isso empregam diversos instrumentos de medida de grande precisão. Pode-se relacionar a viscosidade com a fluidez, velocidade de deslizamento e tixotropismo das amostras analisadas. Os materiais são divididos em duas categorias gerais, dependendo de suas características de fluxo: newtonianos e não newtonianos. O fluxo newtoniano caracteriza-se por viscosidade constante, independente da velocidade de cisalhamento aplicada, enquanto o não newtoniano por uma mudança na viscosidade com o aumento na velocidade de cisalhamento. A viscosidade de um fluido pode ser determinada por vários métodos: através da resistência de líquidos ao escoamento, tempo de vazão de um líquido através de um capilar (viscosímetro de Oswald); da medida do tempo de queda de uma esfera através de um líquido (Höppler); medindo a resistência ao movimento de rotação de eixos metálicos quando imersos na amostra (reômetro de Brookfield)
2. Objetivo geral
Determinar o coeficiente de viscosidade de líquidos empregando os viscosímetros de Ostwald e Höppler.
3. Procedimento experimental
Método 3.1: Viscosímetro de Ostwald
O viscosímetro de Oswald, 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 na vazão do fluído de viscosidade conhecida, geralmente água, e o de um fluído de viscosidade desconhecida. Neste caso a equação usada é
onde d1 e d2 são as densidades dos fluídos conhecido e desconhecido, respectivamente e t1 e t2 são os tempos correspondentes para que escoem volumes iguais dos líquidos. A precisão na operação com este viscosímetro depende do controle das variáveis temperatura, tempo, alinhamento vertical e volume da substância estudada.
3.2 Materiais e reagentes
Viscosímetro densimetro Banho termostático Cronômetro Pipetas de 10 mL Água destilada Tubo de borracha Soluções de etanol
3.3 Procedimento Parte A)- Dependência da viscosidade com a concentração de etanol:
Prepare soluções 4 aquosas de etanol de 10, 20, 30 e 40% (p/v). Determino-se a densidade das soluções preparadas através do com o auxilio de um densimetro. Inicialmente mediu-se o tempo de escoamento de um certo volume de líquido padrão que no experimento em questão foi a água destilada. Mediu-se a temperatura inicial da água. Mediu-se 10 mL de uma solução e colocou-a no viscosímetro de Ostwald. Por sucção, através de um tubo de borracha, o líquido foi elevado o interior do tubo até preencher a dilatação pequena e passar um pouco acima da marca superior, uns 2 cm mais ou menos. Em seguida, deixou-se o líquido escoar (sem que gotas ficassem aderidas às paredes do tubo) e quando o menisco passou no traço superior, o cronômetro foi acionado para medir o tempo que este líquido leva para escoar até a marca inferior. Repetiu-se 5 vezes a mesma operação, anotando os tempos medidos (que não devem diferir mais que 0,2%) e calculou-se a média aritmética dos tempos. Construa o gráfico de y = ln η contra x = 1/T para cada uma das substâncias.
Tabela 3. Coeficientes de viscosidade.
Solução 1: ƞ 1 = 10,24824 milipoise Solução 2: ƞ 2 = 12,74982 milipoise Solução 3: ƞ 3 = 14,97858 milipoise Solução 4: ƞ 4 = 16,76952 milipoise
A viscosidade aumenta com o aumento da densidade, como pode ser observado. O viscosímetro assim como todo material empregado no manuseio dos fluidos deve estar completamente limpo (lavar o viscosímetro na troca de fluido) e deve monitorar a temperatura indicada durante a medida, por meio de um banho térmico. Quanto maior a temperatura menor a viscosidade. Por isso é sempre importante levar em conta a temperatura ambiente ao se fazer experimentos envolvendo viscosidade. E isto não foi feito, assim isso pode ter influenciado nos resultados. Outra fonte de erro pode ter sido na hora de determinar quando exatamente o líquido passou por A ou B, na hora de acionar o cronômetro. Para atenuar todos esses erros deveriam ter feito várias medições do tempo de escoamento de cada líquido.
Método 3.5 - Viscosímetro de Höppler
A determinação do coeficiente de viscosidade dos líquidos pode ser realizada utilizando, também, o viscosímetro de HOPPLER (Figura 2). Fundamentalmente, para líquidos mais viscosos (glicerinas, óleos, etc), pode-se determinar a viscosidade relativa pelo método da velocidade da queda de bolas através do líquido, usando o viscosímetro de HOPPLER. Para calcular o coeficiente de viscosidade para cada solução utilizou-se as seguintes equações :
Equação 1 → η = t(ds – dL)K
Onde:
η – Viscosidade do líquido
ds – Densidade da esfera
dL – Densidade da água
t – tempo de queda da esfera no líquido
Equação 2 → η 2 = η 1 (ds – d 2 ). t 2
(ds – d 1 ). t 1
Onde:
η 1 – Viscosidade da água (calculado anteriormente → η 1 = (1,058 mP .g. s-1)
η 2 – Viscosidade do etanol
d 1 – Densidade da água
d 2 – Densidade da solução de sacarose
t 1 – tempo de queda da esfera na água
3.6 Materiais e reagentes Viscosímetro de Hoppler, Banho termostático, Cronometro, Decímetro, Provetas de 150 mL, Esferas de vidro, Paquímetro, esferas de vidro Termômetro 0 – 100 °C Soluções de etanol água destilada, Figura2-Viscosímetro de Höppler balança analítica
3.7 Procedimento Parte B)- Dependência da viscosidade com a concentração de sacarose Pesou a esfera a ser utilizada numa balança analítica e determine seu raio utilizando o paquímetro. Preparou-se 4 soluções de sacarose de 5, 15, 25 e 30 % (p/v). Determinou a densidade de cada solução através do grau BRIX. Encher completamente o tubo interno do viscosímetro com água. Anotar o tempo de queda da esfera entre as marcas A e B no viscosímetro. Coloque, no viscosímetro, o líquido a ser estudado, sem deixar bolhas de ar. A altura do líquido deve ser tal que as esferas atinjam o primeiro traço com uma velocidade constante. Coloque a esfera no cilindro central e deixe-a cair sem formação de bolhas de ar. Anotar o tempo de queda da esfera entre as marcas A e B no viscosímetro. Fazer mais 4 determinações para obter a melhor média.
3.8.2 – Determinação do coeficiente de viscosidade para cada solução utilizou-se as seguintes equação 2
Equação 2 → η 2 = η 1 (ds – d 2 ). t 2
(ds – d 1 ). t 1
Tabela 6. Dados obtidos experimentalmente para encontrar o coeficiente de
viscosidade para a equação
Solução de Sacarose ηH2O^
Densidade H 2 O
Tempo médio H 2 O
Densidade Amostra
Tempo médio Amostra
ηAmostra
Analisando os resultados obtidos com as equações 1 e 2, verifica-se que os coeficientes de viscosidade não são tão semelhantes, no entanto ambas as equações podem ser utilizadas para determinação do coeficiente de viscosidade utilizando o viscosímetro de Hoppler. Tal diferença significativa pode ser acarretada por erros Durante o procedimento experimental que levam a uma variância consederável. Para isso realizou-se o cálculo do erro, obtendo: %E= [eq(1)-eq(2)]/[eq(1)]x100 = 28,05%
4. Conclusão
A viscosidade de um fluido pode ser determinada por vários métodos: através da resistência de líquidos ao escoamento, tempo de vazão de um líquido através de um capilar (viscosímetro de Oswald); da medida do tempo de queda de uma esfera através de um líquido (Höppler); medindo a resistência ao movimento de rotação de eixos metálicos quando imersos na amostra (reômetro de Brookfield). Através desta experiência foi possível verificar a viscosidade de líquidos utilizando o viscosímetro de Ostwald e o viscosímetro de Höppler. O experimento em questão permitiu-se obter, através das equações de escoamento laminar, os
coeficientes de viscosidade de líquidos de concentrações diferentes, baseados nas suas densidades e tempo de escoamento no viscosímetro. A viscosidade é uma propriedade dos líquidos associada a sua capacidade de escoamento. Em geral, quanto maior a temperatura menor a viscosidade e quanto maior a densidade maior a viscosidade. Isto foi verificado com os resultados experimentais, ou seja, eles condizem com o esperado. Porém erros podem ter influenciado diretamente nos resultados obtidos, como já foi explicado.
5. Questões
5.1- Discuta os resultados em termos das estruturas e das propriedades das moléculas.
R - A viscosidade é uma propriedade física que os objetos em geral possuem de resistir a variações na forma física. Ela é causada, em grande parte, pelas interações intermoleculares; quanto mais intensas forem estas forças, mais viscoso será o material. Tanto as interações permanentes dipolo-dipolo, quanto as forças de London afetam a viscosidade assim como a temperatura. Outro fator importante é a facilidade com que as moléculas de uma substância se entrelaçam uma com as outras. É de se esperar que moléculas de peso molecular mais elevado tenham uma resistência maior ao escoamento como se observa nos derivados do petróleo.
5.2 - Um volume V de água passa por um viscosímetro de Ostwald, a 25°C em 30
segundos. Qual o tempo necessário para passar o mesmo volume de glicerina, nas
mesmas condições, sabendo-se que a sua viscosidade é 9,54 poise e sua densidade é
1,26 g.cm-3?
R – Utilizando a fórmula:
Tem-se que t 2 = d 1 t 1 η 2 / η1.d 2 = 0,99568. 30. 9,54/0,007975. 1,26 = 28358,821segundos → t 2 = 7,877h
5.3 - Estudando a viscosidade da glicerina em função da temperatura, encontrou-se:
Coeficiente de viscosidade (poise) 1340 121,10 14,90 6,
T (ºC) -20 0 20 30
Determine a constante B da equação de Carrancio para a glicerina.
nos líquidos, as forças de coesão predominam sobre os choques. Nestes fluidos, o
aumento da temperatura reduz as forças de coesão, com conseqüente redução da
viscosidade.
Nos gases, os choques predominam sobre as forças de coesão. Nestes fluidos, o
aumento da temperatura aumenta os choques, com conseqüente aumento da
viscosidade
6. Referências Bibliográficas
ANJOS, Paulo R.; COLODEL, Cristiane.; GONÇALVES, Kátia S.; JACUMASSO, Tiago.; Determinação da medida do coeficiente de viscosidade de um líquido. Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2009. Disponível em <http://www.ebah.com.br/determinacao-do-coeficiente-de-viscosidade-de-um- liquido-doc-a28901.html> Acesso em 11 de Junho de 2010.
ALMEIDA, Alexandre M.; BARAN, Franklin S.; MELO, Pamela T. H.; OLIVEIRA, Alisson R.; SILVA, Rodrigo C.; Viscosidade e Número de Reynolds. Faculdade de Telêmaco Borba
- PR: 2009. Disponível em <http://www.ebah.com.br/viscosidade-e-numero-de- reynolds-pdf-a16286.html> Acesso em 11de Junho de 2010
LIMA, Maelson M.; Viscosidade de Líquidos. Universidade Federal de Campina Grande. Abril de 2009. Disponível em < http://www.ebah.com.br/viscosidade-de-liquidos-doc- a13177.html> Acesso em 11 de Junho de 2010.
NETZ, Paulo A. Fundamentos de Físico-Química. 2 ed. Editora Artmed. Porto Alegre- RS. 2006.
POTTER, Merle C.; WIGGERT, David C. Mecânica dos Fluídos. 3. ed. São Paulo: Thomson, 1998.
SHAW, Ducan J. Introdução a Química dos colóides e de superfícies. Editora Edgard Blushar LTDA. Editora da Universidade de São Paulo – SP 1975.
STREETER, Victor L. Mecânica dos Fluídos 2°ed. Editora McGraw-Hill de Brasil Ltda. Barueri – SP 1985.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA. Reologia dos Fluídos. Disponível em <http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5415/REOLOGIA%20DE%20FLUIDOS%20- %20apostila.pdf> Acesso em 11 de Junho de 2010
VAN HOLDE, K. E.; Bioquímica Física ; Tradução de Juergen Heinrich Maar. Edgard Blucher. 1975
VIERA, R. C. C.; Atlas de mecânica dos fluidos e fluidodinâmica. Editora Edgard Blucher. 1971.
