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Reologia e Escoamento 2

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Viscosímetro
Deve medir:
É um equipamento projetado para medir/determinar, a
partir de medições, a viscosidade ou parâmetros dos
fluidos sob condições de cisalhamento contínuo.
 
Tensão cisalhante (𝓣) e Taxa de cisalhamento (γ), ou
outras variáveis que possam ser convertidas nestas
através de equações que obedeça, as leis da mecânica
dos fluidos.
Cap 3 - Viscosimetria
Viscosímetro Fann V.G. Metter mod. 35A
Este é do tipo de TAXA DE CISALHAMENTO CONTROLADA, e o
sistema COUETTE é aplicado aos cilindros.
Tipos de Viscosímetros
Os valores de viscosidade devem poder ser comparados
entre diferentes laboratórios independente do tipo de
viscosímetro e do fabricante.
ABSOLUTOS
Determinam a viscosidade através de grandezas físicas
absolutas. (F, L, T).
 
RELATIVOS
Processam uma medida de viscosidade relativa a um
fluido padrão, geralmente newtoniano, cuja viscosidade é
conhecida.
 
Cap 3 - Viscosimetria
Projetos de Viscosímetros mais usuais se baseiam em
geometrias bem definidas, como:
a) Bola ou Esfera;
b) Tubular ou tubo-capilar;
c) Capilar de vidro;
d) Rotativo de cilindros coaxiais;
e) Rotativo de cone-placa;
f) Rotativo de placa-placa.
Cap 3 - Viscosimetria
Projetos de Viscosímetros mais usuais se baseiam em
geometrias bem definidas, como:
a) Bola ou Esfera;
b) Tubular ou tubo-capilar;
c) Capilar de vidro;
d) Rotativo de cilindros coaxiais;
e) Rotativo de cone-placa;
f) Rotativo de placa-placa.
Cap 3 - Viscosimetria
Viscosímetro de Orifício
São bastante utilizados na indústria devido à simplicidade
e rapidez na operação para medidas relativas de fluidos
newtonianos ou não.
Esta medida correlaciona os resultados obtidos com as
propriedades já conhecidas, mas não especifica ou
qualifica materiais.
É composto de um tubo ou orifício disposto na vertical
com comprimento pequeno em relação ao diâmetro, não
estuda a reologia pois os resultados são inexatos e
variáveis;
 
Cap 3 - Viscosimetria
Viscosímetro de Orifício
São bastante utilizados na indústria devido à simplicidade
e rapidez na operação para medidas relativas de fluidos
newtonianos ou não.
Esta medida correlaciona os resultados obtidos com as
propriedades já conhecidas, mas não especifica ou
qualifica materiais.
É composto de um tubo ou orifício disposto na vertical
com comprimento pequeno em relação ao diâmetro, não
estuda a reologia pois os resultados são inexatos e
variáveis;
 
Cap 3 - Viscosimetria
Viscosímetros de Orifício
 
Cap 3 - Viscosimetria
Saybolt Funil-Marsh Vaso Ford
Viscosímetro Rotativo
O corpo experimenta uma força de resistência viscosa
quando se impõe a velocidade rotacional, que também vai
depender da natureza do fluido.
As medidas ainda podem ser feitas de forma contínua por
longos períodos de tempo a uma certa condição de
tensão e cisalhamento, permitindo estudar a
característica tixotrópica e reopética dos fluidos.
O princípio baseia-se na rotação de um corpo cilíndrico,
cônico ou circular, imerso em um líquido.
Cap 3 - Viscosimetria
Classificação do viscosímetro Rotativo:
QUANTO À VARIÁVEL CONTROLADA:
QUANTO À GEOMETRIA DO SENSOR:
Tensão controlada: a tensão é pré-definida e se obtém a
taxa de cisalhamento.
Taxa de cisalhamento controlada: a taxa é conhecida e a
resultante é a tensão de cisalhamento. 
 
a) Cilindros coaxiais;
b) Cone-placa;
c) Placa-placa.
Cap 3 - Viscosimetria
a) CILINDROS COAXIAIS
- O viscosímetro rotativo de cilindros coaxiais, de taxa de
cisalhamento controlada são os mais usuais na indústria
do petróleo.
- A maioria dos viscosímetros empregados nos
laboratórios de rotinha da Eng. de Petróleo são do tipo
SEARLE.
Cap 3 - Viscosimetria
Classificação do viscosímetro Rotativo:
QUANTO AO SISTEMA (Para cilindros Coaxiais):
 a) Searle. b) Couette.
Cap 3 - Viscosimetria
Sistema SEARLE
- O cilindro interno gira em velocidade infinita enquanto o
externo permanece em repouso;
- O cilindro interno força o líquido que está entre os dois
a escoar;
 
 
Cap 3 - Viscosimetria
- A resistência do líquido resulta em um
torque que se contrapõe ao torque do motor
do equipamento.
- Uma mola deformável com constante de
def. conhecida é posicionada entre o motor
e o corpo interno.
- A def. da mola é uma medida direta da
tensão cisalhante.
Sistema COUETTE
- O cilindro externo gira a uma velocidade definida e
provoca um fluxo na amostra do líquido entre os dois;
- A resistência do líquido cisalhado transmite torque ao
cilindro interno que é induzido a girar.
 
 
Cap 3 - Viscosimetria
- O cilindro interno está preso a uma mola
de torção que se deforma até atingir o
equilíbrio;
- O torque é medido pelo contra-torque
para manter o cilindro interno estático.
- Mede a tensão cisalhante ou torque
resultante.
Cap 3 - Viscosimetria
Viscosímetro Fann V.G. Metter mod. 35A
a) CILINDROS COAXIAIS
- Parâmetros:
 
 
 
 
 
 
- Grandezas medidas:
 
 
- Grandezas calculáveis:
 Tensão cisalhante e Taxa de cisalhamento
 
 
Cap 3 - Viscosimetria
Raio do cilindro interno
Raio do cilindro externo
Constante da mola de torção
Velocidade de rotação
Raio do cilindro interno
Grandezas Calculáveis:
Cálculo da tensão cisalhante:
 
 
 
 
Cálculo da taxa de cisalhamento:
 
 
Cap 3 - Viscosimetria
H é a altura equivalente de imersão
H é uma constante que depende dos
parâmetros do viscosímetro.
N é o número de rotações por minuto.
Cálculo da viscosidade:
 
Cap 3 - Viscosimetria
Raio do cilindro interno
N é o número de rotações por minuto.
A é uma constante.
A análise do comportamento reológico de fluidos através
dos resultados obtidos no viscosímetro rotativo de cilindros é
feita mediante transformações das rotações em tensões
cisalhantes e taxas de cisalhamento.
A partir desses resultados são construídos REOGRAMAS de
tensão cisalhante ou viscosidade x taxa de cisalhamento,
que permitem prever o comportamento do fluido em
determinadas situações.
 
Fatores que influenciam nos resultados:
a) A razão entre os raios dos cilindros:
 
 
 
 
b) Efeitos de borda: 
 
 
Quando o espaço anular ou gap é relativamente
pequeno em relação às dimensões dos cilindros, pois o
gradiente de velocidade tende a se linearizar. Quando
mais próximo for de 1, menor o erro.
Todos os sensores possuem faces de topo e fundo, que
geram torques adicionais causados pelo cisalhamento do
fluido entre elas, o que leva a erros que devem ser
minimizados.
Como corrigi-los:
a) A razão entre os raios dos cilindros:
 
 
 
b) Efeitos de borda: 
 
 
Deve ser mantido em 
para garantir confiabilidade nos dados
obtidos para fluidos não-newtonianos.
(anular deve ser muito pequeno)
A altura do sensor cilíndrico deve ser elevada;
A distância do fundo do recipiente ao sensor também;
Atenuação cônica do corpo cilíndrico;
Escolha de geometria especial (duplo anular).
Cap 3 - Viscosimetria
Viscosímetro Fann V.G. Metter mod. 35A
Este é do tipo de TAXA DE CISALHAMENTO CONTROLADA, e
o sistema COUETTE é aplicado aos cilindros.
Cap 3 - Viscosimetria
VISCOSÍMETRO FANN V.G. METTER MOD. 35A
Nesse equipamento não se formam turbulências e as
faixas de tensão de cisalhamento são bem definidas;
A constante de torção da mola é calibrada e ajustada
pelo operador através de fluidos padrões de referência
ou um kit de calibração do fabricante;
A temperatura precisa ser controlada durante o teste
através de células ou banhos apropriados, mantendo no
máximo 93ºC ou 200ºF.
Cap 3 - Viscosimetria
VISCOSÍMETRO FANN V.G. METTER MOD. 35A
Portanto, este equipamento, apesar de ter sido
projetado para atividades em campo, ainda permite
estudos mais apurados em laboratórios de pesquisa e
de apoio, permitindo alcançar:
 - Viscosidade aparente e plástica;
- Limite de escoamento;
- Índice de consistência e de fluxo.
 
Tornando-o versátil e rápido em campo, e permitindo a
construção de REOGRAMAS em laboratórios.
Calibração do Viscosímetro Fann Mod. 35A
A obtenção de curvas de calibração do aparelho pode
ser feita de duas