Grupo 02 - Determinação da viscosidade cinemática de líquidos

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DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE CINEMÁTICA DE LÍQUIDOS 
Alexsandra Da Silva Costa1, Antonio Jerffeson Lima Araujo2, José Caio Chaves Holanda3, Pedro Lucas Martins 
Sena4, Sara Alves Cândido5, Geraldine Angelica Silva da Nobrega6. 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A medida da resistência de um fluido ao fluxo é definida pela viscosidade, dentro do aspecto reológico os 
líquidos são menos resistentes à deformação e os gases não resistem. Quanto maior for a viscosidade de um fluido, 
mais resistência ele tem a fluir ou maior o espessamento. Existe um fator que interfere diretamente as condições 
da viscosidade, a temperatura, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura nos fluidos incompressíveis, 
já nos fluidos compressíveis ocorre o inverso. É possível classificar os fluidos de acordo com sua fluidez e 
deformação: fluidos de viscosidade ideal (newtonianos) e viscosidade estrutural (não newtonianos). 
A viscosidade é considerada uma das propriedades mais importantes de um fluido, este conhecimento e 
controle constitui uma grande preocupação nas indústrias, principalmente em relação a lubrificação. O 
viscosímetro é o aparelho utilizado para medir a viscosidade de um líquido, o método é baseado em medir o tempo 
gasto de uma quantidade de líquido com temperatura conhecida para fluir através de tubo com raio e comprimento 
também conhecidos. Uma análise quantitativa foi realizada a fim de fazer um comparativo com os dados teóricos, 
utilizando os métodos: viscosidade específica, que é a relação entre a viscosidade do fluido e da água, utilização 
de um viscosímetro capilar e medir o tempo de queda de esferas de vidro em óleo, com base na Lei de Stokes. 
 
2. OBJETIVOS 
 
Compreender o significado da definição de viscosidade, bem como expressar em unidades usuais; 
identificar os tipos de viscosímetros existentes; determinar experimentalmente a viscosidade relativa de soluções 
de hidróxido de sódio (0,5M e 1,0M) e óleo de soja. Verificar a dependência da viscosidade com a concentração 
e com a temperatura utilizando um viscosímetro capilar. 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1. Materiais Utilizados 
 
● Balança analítica (limite de cerca de 220g e precisão de 0,0001g); 
● Becker de 50 e 100 mL; 
● Proveta graduada 50 mL; 
● Pipetas graduadas de 5 mL; 
● Picnômetro 
● Termômetro; 
● Paquímetro digital; 
● Água destilada; 
● Óleo de girassol; 
● Óleo de soja comercial (=0,92 g/cm3); 
● Esferas de vidro (= 2,57 g/cm3); 
● Soluções de hidróxido de sódio (0,5M e 1,0M). 
 
3.2. Metodologia 
 
3.2.1. Determinação das massas específicas 
 
3.2.1.1. Calibração do picnômetro 
 
Para calibração do picnômetro, o mesmo ocorreu segundo as seguintes etapas: Em um béquer limpo, 
colocou-se aproximadamente 100,0 mL de água destilada. Logo após, com o auxílio de um termômetro, mediu-se 
a temperatura da água. Em seguida, pesou-se cuidadosamente o picnômetro vazio e seco, anotando-se a sua massa. 
Posteriormente, completou-se o picnômetro com água destilada do béquer, tampando-se o picnômetro de maneira 
que o excesso de água escorresse pelo capilar, verificando-se bolhas de ar não presentes de maneira aprisionadas 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO - UFERSA 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
Laboratório de Engenharia Química I (2022). 
 
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no interior do picnômetro. E por fim, pesou-se o picnômetro com água, anotando-se a massa, calculando-se a 
massa da água, o volume do picnômetro e o valor da massa específica da água que foi retirada da literatura para 
uma temperatura de 25 °C. A Figura 1 representa os equipamentos utilizados para a determinada prática. 
 
Figura 1: Equipamentos utilizados para a calibração do picnômetro com água destilada. 
 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
3.2.1.2. Determinação da massa específica 
 
Na determinação da massa específica do fluido foi utilizado as seguintes instruções: Determinou-se a massa 
do picnômetro vazio e em seguida calibrou-se de acordo com as etapas descritas no item 3.2.1.1. Logo após, lavou-
se três vezes o picnômetro com um pequeno volume da solução hidróxido de sódio (0,5M), cujo procedimento foi 
determinado para remover os resíduos de água do seu interior. Posteriormente, descartou-se estas alíquotas da 
etapa anterior em um local apropriado. Em seguida, adicionou-se solução hidróxido de sódio (0,5M) no 
picnômetro, e colocou-se a tampa de maneira que o excesso de líquido escorresse pelo capilar. Com um pano ou 
papel poroso, enxugou-se o líquido presente na parte externa do equipamento. E por fim, pesou-se o picnômetro 
(contendo o líquido) e anotou-se a sua massa. Na Figura 2 ilustra-se os materiais utilizados para o experimento. 
 
Figura 2: Equipamentos utilizados para a determinação da solução do hidróxido de sódio (0,5M). 
 
Fonte: AUTORES, 2022. 
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3.2.2. Determinação da viscosidade 
 
3.2.2.1. Determinação da viscosidade pelo viscosímetro capilar 
 
Para a determinação da viscosidade pelo equipamento viscosímetro capilar foi utilizado as seguintes etapas 
do processo: Após a limpeza do viscosímetro, com o auxílio de uma pipeta, adicionou-se 8 mL de água destilada 
até a metade do bulbo (C) do viscosímetro. Por sucção através de uma pêra elevou-se o líquido a 1 cm acima da 
marca de análise (a), deixando-lhe, posteriormente, escoar até a marca (b) (inferior a marca (a)). Repetiu-se o 
procedimento por três vezes com água e NaOH, e em ambos o tempo foi cronometrado. A Figura 3 demonstra os 
equipamentos para a prática laboratorial. 
 
Figura 3: Equipamentos utilizados para a determinação da viscosidade. 
 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
3.2.2.2. Determinação da viscosidade pelo viscosímetro de esfera 
 
Na determinação da viscosidade pelo viscosímetro de esfera utilizou-se das seguintes instruções: Em uma 
balança analítica, pesou-se as esferas de vidro com o auxílio de um béquer. Em seguida, obteve-se o volume de 
cada esfera, utilizando-se a relação entre a massa e a massa específica. Logo após, calculou-se os raios das esferas, 
utilizando-se o auxílio de um paquímetro digital para a obtenção do diâmetro das esferas. Posteriormente, mediu-
se a distância entre os pontos marcados na proveta (L), e o diâmetro interno da proveta, para obtenção do raio da 
proveta (R), com a utilização do paquímetro digital. E por fim, colocou-se uma das esferas de vidro próximo à 
superfície do óleo analisado e no centro da proveta a deixando-a cair, utilizando-se o cronômetro para determinar 
o tempo, ∆t, em que a esfera percorreu o trajeto, repetindo-se o mesmo procedimento para as próximas duas esferas 
e o óleo seguinte a ser analisado. A Figura 4 e 5 representa os equipamentos utilizados para a determinada prática. 
 
Figura 4: Equipamentos utilizados para a determinação da viscosidade para o óleo de soja. 
 
Fonte: AUTORES, 2022. 
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Figura 5: Equipamentos utilizados para a determinação da viscosidade para o óleo de girassol. 
 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
4.1. Determinação das massas específicas 
 
4.1.1. Calibração do picnômetro 
 
A partir da calibração do picnômetro descrito no item 3.2.1.1, obteve-se os dados da Tabela 1, conforme os 
cálculos realizados de acordo com as Equações (1) e (2). 
 
𝑚𝐻2𝑂 = (𝑚𝑃𝐴) − (𝑚𝑃𝑉) (1) 
𝑚𝐻2𝑂 = (80,0714 g) −(30,1910 g) = 49,8804 g 
𝜌𝐻2𝑂 =
𝑚𝑃𝐴
𝑉𝑃
 (2) 
𝜌𝐻2𝑂 = 0,997044
g
𝑐𝑚3
=
80,0714 g
𝑉𝑃
 
𝑉𝑃 = 50,0283 𝑐𝑚
3 
 
Tabela 1: Resultados referentes à calibração do picnômetro. 
Grandeza Representação Resultado 
Massa do picnômetro vazio mPV 30,1910 g 
Massa do picnômetro com água mPA 80,0714 g 
Massa da água mH2O= (mPA)-(mPV) 49,8804 g 
Temperatura da água T(°C) 25 
Massa específica da água H2O 0,997044 g/cm
3 
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5 
Volume do picnômetro VP 50,0283 cm3 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
4.1.2. Determinação da massa específica do NaOH 0,5 M 
 
Para a determinação da massa específica do NaOH 0,5M conforme a descrição do item 3.2.1.2, obteve-se 
os dados conforme representado na Tabela 2, de acordo com as respectivas Equações (3) e (4). 
 
𝑚NaOH 0,5 M = (𝑚𝑃NaOH 0,5 M) − (𝑚𝑃𝑉) (3) 
𝑚NaOH 0,5 M = (81,1831 g) − (30,1910 g) = 50,9921 g 
𝜌NaOH 0,5 M =
𝑚NaOH 0,5 M
𝑉𝑃
 (4) 
𝜌NaOH 0,5 M =
50,9921 g
50,0283 𝑐𝑚3
= 1,0193
g
𝑐𝑚3
 
 
Tabela 2: Resultados referentes ao NaOH 0,5 M. 
Grandeza Representação Resultado 
Massa do picnômetro vazio mPV 30,1910 g 
Massa do picnômetro com NaOH 0,5 M mPNaOH 0,5 M 81,1831 g 
Massa do NaOH 0,5 M mNaOH 0,5 M = (mPNaOH 0,5 M)-(mPV) 50,9921 g 
Temperatura do NaOH 0,5 M T(°C) 25 
Massa específica do NaOH 0,5 M NaOH 0,5 M 1,0193 g/cm
3 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
4.2.2 Determinação da viscosidade 
 
4.2.2.1 Determinação da viscosidade pelo viscosímetro capilar 
 
É pertinente à discussão aqui construída, a exposição dos dados obtidos na análise do tempo médio de 
escoamento. Dessa maneira, os resultados encontram-se nas Tabelas 3 e 4. 
 
Tabela 3: Tempo médio de escoamento – Água (H2O). 
 Medida 1 Medida 2 Medida 3 
Tempo em m:s:ms 4:18:51 4:17:45 4:12:23 
Tempo em m:s:ms 4:18:37 4:17:36 4:12:27 
Tempo em m:s:ms 4:18:43 4:17:63 4:12:21 
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6 
Tempo médio 4:18:44 4:17:48 4:12:24 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
Tabela 4: Tempo médio de escoamento – Hidróxido de sódio (NaOH). 
 Medida 1 Medida 2 Medida 3 
Tempo em m:s:ms 4:43:87 4:44:37 4:43:49 
Tempo em m:s:ms 4:43:97 4:44:67 4:44:32 
Tempo em m:s:ms 4:43:84 4:44:27 4:43:83 
Tempo médio 4:43:89 4:44:44 4:43:56 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
A partir dos dados das Tabela 3 e 4, o tempo médio total das três amostras para a água (H2O) e hidróxido 
de sódio (NaOH) são, respectivamente: 
 
XH2O= 4:16:39 = 256,039 s 
XNaOH = 4:43:63 = 283,063 s 
 
Levando em consideração a massa dos fluidos, a densidade e o tempo médio total de escoamento, o valor 
da viscosidade foi encontrado usando a seguinte relação, conforme a Equação (5). 
 
𝜂1
𝜂2
=
𝜌1𝑡1
𝜌2𝑡2
 (5) 
 
Onde, 𝜂1 é a viscosidade do hidróxido de sódio NaOH 0,5 M, 𝜂2 a viscosidade da água á 25 °C (fluido 
padrão). 
 
𝜂1
1 𝑐𝑃
=
1019,3
𝑘𝑔
𝑚3
283 𝑠
997,044
𝑘𝑔
𝑚3
256 𝑠
 
𝜂2 = 1,13 𝑐𝑃 
 
Ao comparar o tempo de escoamento dos dois fluidos, nota-se uma diferença de 27,024 s da água em relação 
ao hidróxido de sódio (NaOH), isto dá-se em razão da resistência do fluido ao movimento dentro do equipamento. 
Geometricamente, as forças intermoleculares presentes no NaOH geram maior unificação da molécula, 
impossibilitando sua fluidez e o retardo em relação à água. 
 
4.2.2.2 Determinação da viscosidade pelo viscosímetro de esfera 
 
Para a etapa do cálculo da viscosidade do óleo de soja e do óleo de girassol, foi necessário utilizar o método 
de Stokes, soltando o corpo sólido em uma proveta com o fluido que se deseja obter a viscosidade. 
 
Tabela 5: Caracterização das esferas para testes em óleo de soja. 
Esfera Massa (g) Diâmetro (m) 
1 0,11 0,0044 
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7 
2 0,08 0,0038 
3 0,07 0,0037 
 Fonte: AUTORES, 2022. 
 
Para se obter resultados deste experimento, foram feitas medições do tempo de queda do corpo e das 
dimensões da proveta utilizada. 
 
Tabela 6: Valores de tempo de queda das esferas em óleo de soja. 
 Tempo de queda (s) 
Esfera 1 2 3 
1 1,036 1,048 1,042 
2 1,083 1,086 1,096 
3 2,013 2,001 2,003 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
Foi utilizada no experimento uma proveta com Din = 0,05103m e h = 0,21384m. 
Tendo a altura da proveta como a distância percorrida pela esfera e fazendo a média entre os tempos de 
queda, é possível obter a velocidade média do corpo e a velocidade de queda da esfera. 
 
Tabela 7: Valores de tempo médio, velocidade média (V) e velocidade de queda para as esferas (Vc) em óleo de 
soja. 
Esfera Tempo de queda médio (s) V (m/s) Vc (m/s) 
1 1,042 0,205 0,290 
2 1,088 0,197 0,267 
3 2,006 0,107 0,144 
 Fonte: AUTORES, 2022. 
 
Sendo assim, com os valores de velocidade de queda, sendo aplicados na Lei de Stokes resulta em um valor 
de viscosidade para o óleo de soja ηsoja = 0,075 kg/m.s. 
De acordo com[1], apresenta uma viscosidade para o óleo de soja, η’soja = 0,051 kg/m.s, a 25ºC, sendo assim, 
em comparação com o encontrado no experimento realizado em laboratório foi achado um erro experimental de 
31,91%. 
Para achar a viscosidade do óleo de girassol, o mesmo método foi realizado, porém as dimensões da proveta 
e a caracterização das esferas foram diferentes. A proveta utilizada para o óleo de girassol possui Din = 0,05048m 
e h = 0,214m. Foi considerada também a densidade do fluido como sendo 877 kg/m3 a 25ºC [1]. 
 
Tabela 8: Caracterização das esferas para testes em óleo de girassol. 
Esfera Massa (g) Diâmetro (m) 
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8 
1 0,06 0,0034 
2 0,07 0,0038 
3 0,08 0,0041 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
Analogamente ao que foi feito para o óleo de soja, foram obtidos também valores de tempo de queda e 
consequentemente velocidade de queda para as esferas no óleo de girassol. 
 
Tabela 9: Valores de tempo médio, velocidade média (V) e velocidade de queda para as esferas (Vc) em óleo de 
girassol. 
Esfera Tempo de queda médio (s) V (m/s) Vc (m/s) 
1 1,086 0,197 0,229 
2 1,058 0,202 0,239 
3 1,054 0,203 0,243 
Fonte: AUTORES, 2022. 
 
Desta forma, foi encontrado valor de viscosidade para o óleo de girassol de ηgirassol = 0,055kg/m.s. Tendo 
como valor estimado η’girassol = 0,0498kg/m.s [1] é possível determinar um erro de 9,81%. 
O principal erro experimental relacionado a essa etapa da prática se dá na medição do tempo de queda com 
o cronômetro, pois por não ser um método de alta exatidão, acontecem divergências nos valores de tempo 
marcados, corroborando para uma variação no valor de viscosidade. 
 
5. CONCLUSÕES 
 
 Diante dos resultados obtidos nesta prática laboratorial, conclui-se que a realização experimental da 
determinação da massa especifica da solução de hidróxido de sódio (NaOH - O,5M) obteve resultados 1,0193 
g/cm3 respectivo. Entretanto, com os dados encontrados na literatura, de acordo com[2], representa uma massa 
especifica de 1,53 g/cm³ a 20ºC, podendo-se observar a significância dos resultados obtidos. A determinação da 
viscosidade da solução do hidróxido de sódio (NaOH – O,5) demonstrou-se um parâmetro próximo a da 
viscosidade da água (H2O), tendo-se como respectivo valor 1,13 cP. Todavia, a viscosidade pelo viscosímetro de 
esfera obteve-se resultados significativos com a literatura ao ser encontrados os respectivosvalores para óleo de 
soja e girassol de, 0,075 kg/m.s e 0,055kg/m.s, em que de acordo com[2], esses valores apresentam para óleo de 
soja e girassol respectivamente de, 0,051 kg/m.s, a 25ºC, e 0,0498kg/m.s. Desse modo, pode-se analisar que os 
dois métodos utilizados para a determinação da viscosidade cinemática depende diretamente do tempo e da 
temperatura, em que ao ser analisado o viscosímetro capilar pode-se verificar que o tempo gasto para que o líquido 
possa fluir de um determinado ponto para o outro, tem-se uma a interferência da gravidade e mantem-se o volume 
e temperatura constante do processo, ocorrendo-se assim, uma dependência maior do tempo em que o fluido escoa 
na parede do equipamento, podendo-se também levar em consideração a resistência do mesmo. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] BROOCK, J.; NOGUEIRA, M. R.; ZAKRZEVSKI, C.; CORAZZA, F. C.; CORAZZA, M. L.; OLIVEIRA, J. 
V. Determinação experimental da viscosidade e condutibilidade térmica de óleos vegetais. Ciência e 
Tecnologia de Alimentos, v.28, n.3, p.564-570, 2008. 
[2] FISP – Ficha de informação de segurança de produto químico. Soda Cáustica Líquida, 2019. Disponível 
em: 
<http://webapp.expressonepomuceno.com.br/qualidade/FISPQs/FISPQs/S/SODA%20CAUSTICA%20LIQUID
A.pdf>. Acesso em: 23 de ago. 2022. 
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[3] LOHOUD, Matheus; CAMPOS, Ranieri. Aspectos teóricos relacionados à reologia farmacêutica. Visão 
Acadêmica, Curitiba, v. 11, n.1, Jan.-Jun./2010. Disponível em 
<https://revistas.ufpr.br/academica/article/view/21356/14078>. Acesso em 23 de agosto de 2022. 
[4] SILVA, Rodrigo Ernesto Andrade et al. Determinação da viscosidade cinemática por método de Stokes 
através de estudo e desenvolvimento de viscosímetro automatizado. Instituto Federal da Paraíba - IFPB - 
Campus João Pessoa, 2018. Disponível em < 
http://www.editorarealize.com.br/editora/anais/conapesc/2018/TRABALHO_EV107_MD1_SA28_ID928_3105
2018184051.pdf>. Acesso em 23 de agosto de 2022. 
[5] SOUSA, Erika Katiúsia De. Modelo de experimento para determinar a viscosidade pelo método de Stokes. 
2017. 45 f. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade 
Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Mossoró – RN, 2017. 
 
https://revistas.ufpr.br/academica/article/view/21356/14078