Relatório Copo ford Rodrigo Renato Finalizado

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RENATO DO NASCIMENTO VIANA 
RODRIGO DE SOUZA BARBOSA 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE PRÁTICAS LABORATORIAIS 
COPO FORD 
 
 
 
 
 
 
 
 
Telêmaco Borba - PR 
2016 
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RENATO DO NASCIMENTO VIANA 
RODRIGO DE SOUZA BARBOSA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE PRÁTICAS LABORATORIAIS 
COPO FORD 
 
Relatório apresentado ao Curso de 
Engenharia Química, da Faculdade 
de Telêmaco Borba, como requisito 
parcial para aprovação da disciplina 
de Laboratório I. 
 
 Prof. Larissa do Espirito Santo 
 
 
 
 
Telêmaco Borba - PR 
2016 
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RESUMO 
A viscosidade é uma das variáveis que caracteriza uma substância, a 
viscosidade nos líquidos vem do atrito interno, isto é, das forças de coesão 
entre moléculas relativamente juntas. O objetivo do experimento é fazer a 
determinação da viscosidade do fluído cedido (detergente), através do método 
do Copo Ford. O detergente é mais viscoso do que a água, por exemplo, 
portanto, leva um tempo maior para o escoamento. A viscosidade do fluido 
determina o perfil da velocidade da vazão dentro da tubulação, afetando 
seriamente o desempenho do medidor de vazão. 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 06 
1 OBJETIVOS .................................................................................................... 07 
1.1 Objetivo geral ................................................................................................... 07 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................... 08 
2.1 Viscosidade...................................................................................................... 08 
2.1.1 Viscosidade nos Líquidos ............................................................................... 10 
2.1.2 Viscosidade nos gases .................................................................................... 10 
2.3 Copo de Ford .................................................................................................. 10 
2.3.1Equação para cálculo da viscosidade para cada copo Ford ............................ 11 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 12 
3.1 Materiais .......................................................................................................... 12 
3.2 Métodos .......................................................................................................... 12 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 13 
 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................................. 15 
 REFERÊNCIAS ............................................................................................... 16 
 
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LISTA DE FIGURAS 
Figura 01- Copo Ford ............................................................................................ 10 
Figura 02- Materiais Usados .................................................................................. 12 
Figura 03- Gráfico ................................................................................................... 13 
 
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INTRODUÇÃO 
A viscosidade é o atrito interno em um fluido. As forças viscosas se 
opõem ao movimento de uma do fluido em relação à outra. A viscosidade é a 
razão pela qual você realiza um esforço para remar em uma canoa se 
deslocando em águas calmas, porém se não existisse viscosidade você 
também não poderia remar. Os efeitos da viscosidade são importantes para o 
escoamento através de tubos, para o escoamento do sangue, para a 
lubrificação de diversas partes das máquinas e para muitas outras situações. 
A lava é um exemplo de escoamento de um fluido com viscosidade. A 
viscosidade diminui com o aumento da temperatura: quando mais quente a 
lava, mais facilmente ela pode se escoar. 
Os fluidos que se escoam velozmente, como a água e a gasolina, 
possuem viscosidades menores do que as viscosidades dos fluidos 
“pegajosos”, tais como a detergente. A viscosidade da água é 
comparativamente muito menor e a viscosidade dos gases é ainda muito 
menor que a da água. O princípio do Copo Ford consiste em utilizar a força da 
gravidade como força que criará a tensão de cisalhamento, e que a taxa de 
fluxo – tempo de escoamento – é proporcional à viscosidade cinemática 
que está relacionada com a massa específica pela equação: 
 
O diâmetro do orifício a ser utilizado no Copo Ford deve estar de 
acordo com o intervalo de tempo de escoamento que ele é capaz de conferir a 
viscosidade cinemática da amostra por uma equação linear própria. Desta 
forma se em uma análise, utilizar-se um orifício cujo tempo de escoamento for 
menor/maior que o intervalo de fluxo próprio, deve-se selecionar um orifício 
menor/maior que o anterior (Bécker,2012). 
É importante que a temperatura do Copo Ford e da amostra estejam 
dentro da temperatura especificada pelo viscosímetro. O tempo teve ser parado 
de cronometrar quando ocorrer a primeira interrupção do fluxo do escoamento. 
 
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1.OBJETIVOS DO EXPERIMENTO: 
1.1 OBJETIVO GERAL 
Definir o procedimento para a determinação da viscosidade de líquidos, 
através da determinação do tempo de escoamento no copo Ford, possibilitando 
a avaliação e o controle de qualidade de produto com a mesma composição. 
 
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2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1. Viscosidade 
 
A viscosidade é a medida da resistência para fluir. Quanto maior a 
viscosidade de um produto, maior a sua resistência para fluir. 
Para um sólido, as tensões são desenvolvidas quando um material é 
deformado ou cisalhado elasticamente: para um fluido, as tensões de 
cisalhamento aparecem devido ao escoamento viscoso. Deste modo dizemos 
que os sólidos são elásticos e os fluídos são viscosos. (Fox, 2006). 
Considerando o comportamento de um fluído entre duas placas 
infinitas, considerando que a placa superior se move a velocidade constante, 
𝛿𝑢, sob a influência de uma força constante aplicada, 𝛿𝑓𝑥. A tensão de 
cisalhamento, 𝜏𝑦𝑥, aplicada ao elemento fluído é dada por: 
 
 
 
 
Equação 1 
𝜏𝑦𝑥 = lim
𝛿𝐴𝑦 li
→0
 
𝛿𝐹𝑥
𝛿𝐴𝑦
=
𝑑𝐹𝑥
𝑑𝐴𝑦
 
 
Onde 𝛿𝐴𝑦, é a área de contato do elemento fluido com a placa e 𝛿𝐹𝑥 é 
a força aplicada pela placa aquele elemento. Durante o intervalo de tempo 𝛿𝑡, o 
elemento é deformado da posição MNOP para a posição M’NOP’. A taxa de 
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deformação de um fluido é dada por 
Equação 2 
𝒕𝒂𝒙𝒂 𝒅𝒆 𝒅𝒆𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂ÇÃ𝒐 = 𝐥𝐢𝐦
𝜹𝒕→𝟎
𝜹𝜶
𝜹𝜶
=
𝒅𝜶
𝒅𝒕
 
 
Os fluidos nos quais a tensão de cisalhamento é diretamente 
proporcional a taxa de deformação são chamados de fluidos newtonianos. Para 
um fluido newtoniano expressamos a seguinte equação (Fox, 2006): 
 
Equação 3 
𝜏𝑥𝑦 ∝ 
𝑑𝑢
𝑑𝑦
 
 
A constante de proporcionalidade 𝛼 na equação 1, é a viscosidade 
absoluta (ou dinâmica) 𝜇. Deste modo, em termos de coordenadas, a lei de 
NEWTON da viscosidade para o escoamento unidimensional é dada por: 
 
Equação 4 
𝜏𝑥𝑦 = 𝜇 
𝑑𝑢
𝑑𝑦
 
 
 
Na mecânica dos fluidos, a razão entre a viscosidade absoluta 𝜇, e a 
massa específica 𝜌 , é chamada de viscosidade cinemática 𝜗. 
Os dados de viscosidades são apresentados para diversos fluidos 
newtonianos comuns. Nota-se que, para gases, a viscosidade aumenta com a 
temperatura, enquanto, para liquido, a viscosidade diminui com o aumento da 
temperatura (Fox, 2006). 
 
102.1.1. Viscosidade nos Líquidos 
 
 A viscosidade dos fluidos vem do atrito interno. Nos líquidos, isto 
significa que a viscosidade vem das forças de atração entre moléculas 
relativamente juntas. Por outro lado, com o aumento da temperatura, maior se 
torna a energia cinética média das moléculas e em consequência, menores se 
torna o intervalo de tempo médio durante o qual as moléculas passam umas 
nas proximidades das outras. Desse modo, as forças intermoleculares se 
tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. 
 
2.1.2. Viscosidade nos Gases 
 
Em um gás, as moléculas estão muito longes umas das outras. Desse 
modo, as forças de atração entre moléculas não são efetivas e, por isso, a 
viscosidade do gás não pode se originar dessas forças. 
A viscosidade de um gás vem da transferência de momentum, isto é, 
da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que 
se movem com velocidades de módulos diferentes. 
 
2.3. Copo Ford 
 
 
 
Figura 1- Copo Ford 
 
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É um viscosímetro de fácil manuseio, no qual a viscosidade está 
relacionada com o tempo de esvaziamento de um copo de volume conhecido 
que tem um orifício calibrado na sua base. O corpo Ford é fornecido em inox, 
alumínio aniodizado ou plástico com um conjunto de orifícios padrões feito de 
latão ou bronze polido. O orifício de número 2,3 e 4 é utilizado para medir 
líquidos de baixa viscosidade, na faixa de 20 a 30 cst; os de números 5,6,7 e 8 
para líquidos de viscosidade superior a 310 cst. O Copo Ford é um 
equipamento desenvolvido para atender indústrias petroquímicas, químicas e 
fins didáticos caracterizados pela produção e manipulação de fluidos, onde se 
desejam obter resultados referentes à viscosidade em relação ao tempo de 
escoamento de um determinado fluído. 
Com a obtenção do tempo de escoamento (s) é possível obter a 
viscosidade cinemática em centistokes, equações correspondente ao número 
do copo Ford. 
 
 
 
Tabela 1- Tabela de referência para escolha do copo Ford adequado 
em função do tempo de escoamento 
Copo Ford 
Diâmetro do orifício 
(mm) 
Tempo de 
Efluxo(s) 
Tempo de 
escoamento (s) 
1 1,90 10 to 35 55-100 
2 2,53 25 to 120 40-100 
3 3,40 48 to 220 20-100 
4 4,12 70 to 370 20-100 
5 5,20 200 to 1200 20-100 
 
 
 
2.3.1. Equação para o cálculo de viscosidade para cada copo Ford. 
 
V = 0,49. (T - 35) 
 
T = tempo de escoamento 
V = viscosidade (CST) 
 
 
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3.MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1. Materiais 
 
Os materiais utilizados para a realizar a prática: 
 
 4 Copo Ford (de vazões diferentes); 
 2 Becker de 100 ml; 
 Água; 
 Termômetro; 
 Tripé; 
 Placa de pvc ; 
 Paquímetro ; 
 Cronômetro. 
 
 
Figura 2- Materiais Utilizados 
 
3.2. MÉTODO 
 
Primeiramente foram separados 4 viscosímetros com diâmetros 
diferentes do tipo copo Ford para realizar o experimento. Separaram-se duas 
amostras em um copo Becker de 100 ml, contendo detergente e mediu-se a 
temperatura em cada amostra. O tripé já estava nivelado para o procedimento. 
Preencheu-se o copo com a amostra de água a 25°C± 0,2°C. Fechou-se o 
orifício do copo Ford com o dedo e encheu até o nível máximo com amostra, 
removeu-se o excesso do produto com a placa de pvc plana e liberou-se o 
orifício e acionou-se simultaneamente o cronômetro. Parou-se o cronômetro 
quando a primeira interrupção do efluxo e anotou-se o tempo em segundos. 
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4.RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
 
A tabela abaixo mostra os resultados obtidos para o tempo de 
escoamento do detergente em quatro copos de Ford com orifícios de medidas 
diferentes. A partir dos dados, verificou-se que o viscosímetro adequado para o 
detergente é o viscosímetro 4, que equivale o copo Ford número 5. 
Tabela 1- Amostra do Detergente 
Amostra do Detergente 
Viscosímetro Diâmetro orifício (mm) Tempo de escoamento (s) 
1 2,70 692 
2 3,75 218 
3 5,00 93 
4 5,55 52 
 
 
 
Cálculo da viscosidade cinemática (cst) utilizando gráfico: 
 
 
Figura 3 - Gráfico 
 
 
Para calcular a viscosidade cinemática (cSt) através do gráfico, deve 
se correlacionar o tempo de escoamento encontrado na abscissa com a 
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viscosidade na ordenada. 
Com valores de tempo de escoamento obtidos foi possível a realização 
dos resultados através de cálculos pelas equações do cálculo de viscosidade. 
 
Tabela 3 - Resultados obtidos através de cálculos. 
Viscosidades Amostra de Detergente** 
Viscosidade cinemática (cst) 653,4 
Viscosidade absoluta (cP.) 712,068 
 
**Utilizado copo Ford 5 
 
Para o cálculo da viscosidade absoluta, foi convertido a viscosidade 
cinemática para a viscosidade absoluta utilizando a densidade das amostras 
nas seguinte equação: 
 
Viscosidade cinemática (cst) * Densidade (g/cm³) = Viscosidade absoluta (cps) 
 
 
 
 
 
 
 
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CONCLUSÃO 
 
Podemos conclui que através da prática realizada, encontramos uma 
média de tempo de escoamento aproximado de 264 s, tal valor ficou fora do 
valor especificado do Copo Ford, o tempo máximo de fluxo é de 100 s para 
cada orifício utilizado. O que dificultou encontrar um valor de viscosidade 
preciso do detergente. 
 Se na análise tivéssemos um copo Ford com orifício maior, e que 
atendesse as especificações do fabricante. E assim poderíamos comparar com 
os valores obtidos. 
A massa especifica do detergente é de 1,029 g/cm³, forma a 
viscosidade cinemática do detergente a 25º C é de: 
 
692
1,029
 
~ 712,068 centistokes 
 
Com a medida de 712,068 centistokes poderíamos conhecer o orifício 
do copo Ford correto para analise, através da aproximação do valor. 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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Técnicos e Científicos: Editora Livros Técnicos e Científicos. 
 
Borsato, D., Moreira, I., & Galão, O. F. (2004). Detergentes Naturais e 
Sintéticos: um guia . Editora da Universidade Estadual de Londrina. 
 
Brown, T. L., LeMay, Jr, H. E., & Burdge, J. R. (2005). Química a ciência 
central. São Paulo: Pearson. 
 
CASTELLAN, G. ( 1978.). Fundamentos de Físico-química. Editora LTC. 
D., A. B., & R., M. N. (2004). MANUAL DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS. SAO 
PAULO, SP - BRASIL: HEMUS. 
 
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http://200.17.141.35/egsantana/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm. 
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Macedo, M. U., & Carvalho, A. (1996). Química. São Paulo - Brasil: IBEP. 
 
Moreira, R. P. (2014). Acesso em 10 de 09 de 2016, disponível em 
Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos UFSC: 
http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/Filtracao.htm 
 
NETZ, P. A., & ORTEGA, G. G.-q. (2002). Fundamentos de Físico-química. 
Editora Artmed. 
 
 
Becker. Ana Paula (2012). Determinação da viscosidade de óleos e 
solventes. Universidade Católica de Petrópolis Centro de Ciências da Saúde 
Química Orgânica e Experimental.