PROPRIEDADES DOS FLUIDOS

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
AD0195 HIDRÁULICA APLICADA
FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES BÁSICAS DA PROPRIEDADE DOS FLÚIDOS
NAJLA DE S. FALCÃO¹, RENAN C. SOUSA¹
¹ Discentes da disciplina AD0195 Hidrálica Aplicada, Turma 4.
RESUMO: O conhecimento e a compreensão dos princípios básicos da mecânica dos fluido são essenciais para qualquer sistema no qual um fluido é um meio operante. Existem propriedades fundamentais para a análise de um fluido, essas propriedades são específicas para cada tipo de substância avaliada e são muito importantes para uma correta avaliação dos problemas comumente encontrados em alguns sistemas hidráulicos, com isso objetivou-se na aula prática o estudo das propriedades dos fluidos e a determinação da massa específica de 3 (três) substâncias: água, mercúrio e óleo de cozinha. Foram utilizadas na prática vidraria, balança de precisão e multímetro, em que foram feitas três medidas de volume e peso para a água e uma para o mercúrio e óleo, o intuito das repetições foi diminuir os erros laboratoriais. Os resultados obtidos diferenciaram dos observados na literatura possivelmente por erros de paralaxe, manuseio do laboratorista, calibragem dos equipamentos de medição, o número de vezes que a medição foi realizada ou até mesmo pela presença de impurezas. Observou ainda a influência das forças de coesão e adesão nos fluidos no fenômeno de capilaridade.
Palavras-chaves: Capilaridade; erro de paralaxe; massa específica.
INTRODUÇÃO
 A hidráulica é o ramo da física que estuda a mecânica dos fluidos, se faz necessário conhecer algumas propriedades básicas dos fluidos tais como a massa específica, o peso específico, a densidade, a viscosidade dinâmica e cinemática para se ter um estudo mais detalhado do seu comportamento. Mecânica dos fluidos é a ciência que tem por objetivo o estudo do comportamento físico dos fluidos e das leis que regem este comportamento.
Segundo AZEVEDO NETO (1998), os fluidos, são substâncias ou corpos cujas moléculas ou partículas tem a propriedade de se mover, umas em relação a outras, sob a ação de forças de mínima grandeza. De acordo com AZEVEDO NETTO & ALVAREZ (1982) suas moléculas possuem ainda a propriedade de se mover, umas em relação às outras, sob ação de forças de mínima grandeza.
 Dentro de suas propriedades, podemos citar a coesão, considerada a força que permite as partículas fluido resistirem a pequenos esforços de tensão, como adesão nos líquidos e sólidos. Esta força é especialmente forte em sólidos quando a distância entre as moléculas for muito pequena. Outra força conhecida é a de adesão que demonstra a atração entre as moléculas distintas. Normalmente nos referimos a atração entre superfícies em contato.
A interação entre uma superfície e um determinado líquido pode ser estudada através da medida do chamado ângulo de contato . Este é definido como o ângulo entre um plano tangente a uma gota do líquido e um plano contendo a superfície onde o líquido encontra-se depositado. Em relação a capilaridade, outra propriedade, sabe-se que a ação capilar dos líquidos se deve à tendência dos líquidos de subir pelas paredes de tubos capilares (tubos finos) sendo, portanto uma consequência da coesão, adesão e tensão superficial. Existe ainda, a tensão superficial, em que a atração entre as moléculas do liquido é maior que a atração exercida pelo ar e as moléculas superficiais atraídas para o interior dos líquidos tendem a tornar a área da superfície mínima. Outras propriedades importantes são a Massa Específica ou densidade absoluta de uma substância que é expressa pela unidade de volume dessa substância. A unidade é dada em g/cm³, kg/m³ (AZEVEDO NETTO & ALVAREZ, 1982), o Peso Especifico que é o peso da unidade do volume do material homogêneo; peso especifico da água 1g/cm³ ou 1000kg/m³, peso especifico do mercúrio 13600kg/m³; Densidade Relativa definida como a relação entre a massa especifica de um material e a massa especifica de uma substancia tomada por base, e ainda Viscosidade, propriedade dos fluidos responsável pela sua resistência a deformação. Objetivou-se com a aula prática a determinação da massa específica dos seguintes fluidos: água, mercúrio e óleo de cozinha; coesão, adesão e capilaridade do mercúrio e da água.
MATERIAIS E MÉTODOS
MATERIAIS UTILIZADOS
Multímetro (termopar)
Balança de precisão
Bureta 50ml
Funil de vidro
Bequer
Proveta 50ml
Vidro de relógio
Microtubo
Água
Óleo de cozinha
Mercúrio
Óleo de maquina
METODO
Na aula pratica realizado no Laboratório de Hidráulica da Universidade Federal do Ceará – UFC, onde foram observadas as propriedades dos fluidos. Primeiramente, foi dada uma explicação teórica sobre o assunto e em seguida foi exposto, os aspectos abordados trabalhando-se com a água, mercúrio, óleo de cozinha e óleo de máquina. 
Para a determinação da massa específica dos fluidos observados foram realizadas três medições para a água, uma para o mercúrio e uma para o óleo de cozinha. Primeiramente pesou-se o becker vazio, a balança de precisão foi zerada para posteriormente registrar apenas o peso do fluido sem a influência do peso do recipiente. Preencheu-se a bureta com água e despejou-se 10 mL do fluido dentro de um bequer, esse volume foi pesado na balança de precisão. Este procedimento foi realizado 3 (três) vezes na tentativa de calcular, posteriormente, uma média dos valores obtidos e diminuir os erros laboratoriais. Procedimento semelhante foi realizado com o mercúrio, foi retirado 10ml e também pesado, neste caso foi realizado apenas uma pesagem. Na determinação da massa específica do óleo o procedimento foi realizado apenas uma vez e o volume utilizado foi de 30 ml, pesado na proveta.
a
b
FIGURA 1. Fluídos utilizados na prática: Mercúrio (a); água destilada(b); Óleo 
 de cozinha (c).
Para determinar a massa específica do óleo, do mercúrio e da água destilada foi utilizada a seguinte equação:
 (1)
em que,
ρ - massa específica (kg/m³);
m - massa do fluido (kg);
Vol - volume do fluido (m³).
Para demonstração da coesão e adesão foram colocados em um relógio de vidro uma pequena quantidade de agua e em outro mercúrio onde foi observado o efeito da ação dessas propriedades. E por fim foi feito a demonstração da capilaridade, utilizou-se um microtubulo; um tubo vazio de caneta; uma vez que o mesmo se comporta como um tubo capilar por ter um diâmetro pequeno, e um Becker no qual foram preenchidos com água e o mercúrio e em seguida colocou-se o tubo capilar para observar o efeito da propriedade. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
	 Verificou-se na bureta que a água forma um menisco côncavo na parte superior, acontecendo o inverso para o mercúrio como mostra a (Figura 3). Para o óleo observou-se a formação de uma concavidade menos pronunciada que a água. Fato relacionado com as propriedades de adesão e coesão dos fluidos. Quando as forças adesivas entre um líquido e uma superfície são mais fortes que as forças coesivas dentro do líquido, este forma o menisco mostrado aqui para a água (esquerda). Quando as forças coesivas são mais fortes que as adesivas (como são para o mercúrio em vidro), as bordas da superfície curvam-se para dentro (direita). (ATKINS, 2001).
FIGURA 3. Comparação da forma do menisco nos fluidos água e mercúrio.
Com base nos valores de massa e volume colhidos, apresentamos os valores de massa específica, demonstrado na tabela 1. Para a água utilizamos o valor colhido na segunda repetição.
TABELA 1: Resultados obtidos no laboratório de Hidráulica/DENA/UFC.
	FLUIDO
	VOLUME (mL)
	VOLUME (m3)
	MASSA (g)
	MASSA (kg)
	MASSA ESPECÍFICA (kg/m3)
	H2O
	10
	1x10-5
	9,968
	9,9x10-3
	9,9x102
	Hg
	10
	1x10-5
	133,827
	1,3x10-1
	1,3x104
	Óleo 
	30
	3x10-5
	26,270
	2,6x10-2
	8,6x102Os resultados referentes à massa específica encontrados de cada líquido são diferentes dos encontrados na literatura. O Hg apresentou um valor de massa específica bem maior que o valor encontrado nas massas específicas da água e do óleo, isso se deve ao fato do mesmo apresentar uma massa bem maior do que os outros dois produtos em estudo e por ter um ponto de ebulição bem mais elevado. A maior estabilidade na massa específica do Hg é devido o mesmo precisar de temperatura mais elevada para que seu volume se modifique.
Os resultados obtidos estão aproximados do esperado, em que a massa específica da água (H2O) a 23°C, do mercúrio (Hg) e do óleo, respectivamente, de 997,59, 13,600 e 800 á 900 kg/m³. A equação para o cálculo da massa específica da água a 23°C segue abaixo, em que T foi substituído pelo valor 23, referente a temperatura em questão. As diferenças observadas podem ter sido ocasionadas por erros de paralaxe, manuseio do laboratorista, calibragem dos equipamentos de medição, o número de vezes que a medição foi realizada ou até mesmo pela presença de impurezas.
O erro de paralaxe ocorre pela observação errada na escala de graduação causada por um desvio óptico por conta do ângulo de visão do observador. 
ρ = 1000 – [(T – 4)2/150] (2)
em que,
T – temperatura da água (°C)
O resultado obtido na pratica com o relógio de vidro com mercurio é explicado pela coesão que permite as partículas de mercurio resistirem a pequenos esforços de tensão. Para a água é explicado pela propriedade da adesão em que a atração exercida pelas moléculas do solido pode ser maior que a atração existente entre as moléculas da própria agua.
A figura 9 apresenta a visualização do ângulo de contato de um liquido onde S e LV são as energia de superfície do sólido e a tensão superficial do líquido em equilíbrio com o vapor, respectivamente e SL é a energia da interface sólido – líquido.
FIGURA 9. Definição do ângulo de contato entre uma gota líquida e uma superfície plana e horizontal.
 De acordo com a pratica a viscosidade do óleo de máquina e maior que a viscosidade do óleo de cozinha.
	Por fim os resultados observados na capilaridade mostraram que a agua molhou o micro tubo (adesão maior), elevando-se e o mercúrio não molhou (coesão maior), relaxando-se. 
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos na prática mostram que a massa especifica da água é mais confiável devido ou número e repetições feitas, porém não houve muita diferença com os resultados mostrados na literatura. Ainda podemos afirmar que as forças de adesão, coesão e a tensão superficial são as responsáveis pela capilaridade e influenciam o ângulo de contato dos líquidos.
REFERÊNCIAS
AZEVEDO NETTO, J.M.; ALVAREZ, G.A. Manual de hidráulica. 7. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1998. 669 p.
GILES, R. V.; Mecânica dos fluídos e hidráulica. Rio de Janeiro: McGraw-Hill do Brasil, 1971. 401 p. (6)http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~gilbertoqueiroz/Introducao_Propriedades_Fisicas%20dos%20Fluidos.pdf, acessado em 24/02/14.