Relatório 1 Lab Ind Quimica 2 Viscosidade.doc

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FACULDADE DE SÃO BERNARDO DO CAMPO
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
Relatório Nº5: Viscosidade de líquidos
Objetivos
Determinar o coeficiente de viscosidade de um óleo, a temperatura ambiente, através do tempo de escoamento utilizando o copo Ford.
Conhecer os principais tipos de viscosímetros e sua utilização. 
Comparar os copos Ford de Inox e o de plástico.
Comparar os resultados obtidos entre o copo Ford e o Viscosímetro Brookfield.
Determinar a massa especifica do óleo. 
Introdução Teórica
Viscosidade é a resistência que um fluido oferece ao escoamento, a qual pode ser definida como o atrito interno resultante do movimento de uma camada de fluido em relação à outra, indicando a maior ou menor dificuldade do escoamento de um determinado fluido, portanto, quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluido se movimenta.
Existem dois tipos de viscosidade: viscosidade dinâmica e viscosidade cinemática. A viscosidade dinâmica é dada em termos de força requerida para mover uma unidade de área a uma unidade de distância. Segundo o livro (Mecânica dos fluidos, fundamentos e aplicações, 2007, pág. 43) “Na mecânica dos fluidos e na transferência de calor, a razão entre a viscosidade dinâmica e densidade aparece frequentemente. Por conveniência, essa razão é denominada viscosidade cinemática”.
A viscosidade mede-se por meio de viscosímetros, aparelhos em que geralmente se determina o tempo que um determinado volume de líquido leva a escoar-se através de um orifício de pequeno diâmetro.
A escolha do tipo de viscosímetro a ser utilizado depende do propósito da medida e do tipo de líquido a ser investigado. O viscosímetro capilar não é adequado para líquidos não newtonianos, pois não permite variar a tensão de cisalhamento, mas é bom para líquidos newtonianos de baixa viscosidade. O viscosímetro rotacional é o mais indicado para estudar líquidos não newtonianos. O viscosímetro de orifício é indicado nas situações onde a rapidez, a simplicidade e robustez do instrumento e a facilidade de operação são mais importantes que a precisão e a exatidão na medida, por exemplo, nas fábricas de tinta, adesivos e óleos lubrificantes.
Procedimento Experimental
3.1 Copo Ford
Foi utilizado um copo Ford de Inox e outro de Plástico para determinar-se à viscosidade do fluido em relação ao tempo de escoamento.
Iniciou o experimento pelo copo de inox, nivelando o tripé com o auxílio do aplicativo de celular.
Figura 1 – Nivelamento do Copo de Inox
Fechou-se o orifício do copo Ford com o dedo e encheu até o nível máximo com a mostra do óleo de motor 5W30, removeu-se o excesso do produto com a baqueta, liberou -se o orifício e acionou-se simultaneamente o cronômetro. Parou-se o cronômetro quando a primeira interrupção do fluxo e anotou-se o tempo em segundos.
Mediu-se a temperatura cada experimento realizado. 
Figura 2 – Copo Ford Plástico
Figura 3 – Copo Ford Inox
Dados
Dados Coletados no Laboratório
Copo Ford
Para determinação da densidade do óleo motor analisado, determinou-se certo volume e, assim, seu respectivo peso.
Onde:
- Massa do óleo: 6,95 g
- Volume do óleo: 10 mL
Para minimizar os erros de leitura, mediu-se quatro vezes o tempo de escoamento do óleo motor juntamente com sua temperatura. Foram utilizados dois tipos de copo Ford conforme dados da tabela abaixo:
	Copo Ford
	Medida
	Tempo (s)
	Temperatura (ºC)
	Plástico
	1
	44,13
	27
	
	2
	42,47
	26
	
	3
	43,28
	26
	
	4
	43,15
	26
	Inox (nº4)
	1
	34,91
	27
	
	2
	34,35
	27
	
	3
	34,34
	27
	
	4
	34,44
	28
Tabela 1 – Dados coletados do Copo Ford
Brookfield
Para determinação da viscosidade do óleo lubrificante foi utilizado o Brookfield. Foram obtidos os seguintes dados para este equipamento:
	Medida
	Valor lido
	Velocidade (rpm)
	Spindle (pino)
	Fator
	Viscosidade (cp)
	1
	11
	60
	3
	20
	220
	2
	11
	
	
	
	220
	3
	11
	
	
	
	220
	4
	11
	
	
	
	220
Tabela 2 – Dados coletados do Brookfield
 4.2 Dados Coletados da Literatura Científica
A massa específica (ρ) da água à 27ºC que será utilizada nos cálculos da experiência de Reynolds, foi fornecida pelo “Handbook. 7 ed. New York: McGraw-Hill, 1997. 2603p.”
Massa Específica (ρ): 996,480 kg/m³ 
Para o cálculo da viscosidade dinâmica, utilizou-se as equações de Hardy e Cottington (MILLER, R. W. Flow Measurement Engineering Handbook, 3ed. New York: McGraw-Hill, 1996. 1122p.)
μCp: viscosidade dinâmica em centipoise
μCp = 1,0019 * 10A (Tabela E6 p.21, Miller 3ed)
Para 20ºC ≤ T ≤ 100ºC
A = [1,3271 (20 – T) – 0,001053(T – 20)2]/(T+105)
Tratamento dos Dados
Para determinação da densidade do óleo utilizado no experimento de acordo com os dados coletados (mostrados no item anterior), foi utilizada a seguinte fórmula:
Onde:
D = densidade [kg/m³]
M = massa [kg]
V = volume [m³]
Assim, a densidade do óleo motor é: 695 kg/m³.
Para determinação da viscosidade do óleo analisado neste experimento, foi medido o tempo de escoamento do fluido até a ruptura do fio. Essa medição foi realizada em dois copos Ford diferentes, onde o copo de Inox era de número 4, como mostrado no item 4. Dados.
De acordo com a empresa Universal LTDA. Para o cálculo da viscosidade do óleo motor, em centistokes, será utilizada a equação 4, correspondente ao Copo Ford utilizado, conforme mostrado abaixo:
	Copo Ford nº 1
	Vc1 = 0,49t - 17,15
	Copo Ford nº 2
	Vc2 = 1,44t - 25,92
	Copo Ford nº 3
	Vc3 = 2,31t - 15,20
	Copo Ford nº 4
	Vc4 = 3,85t - 17,28
	Copo Ford nº 5
	Vc5 = 12,10t - 24,20
Tabela 3 – Equações para determinação da viscosidade
Onde:
Vc = viscosidade [mm²/s]
t = tempo [s]
Para o equipamento Brookfield, a determinação da viscosidade do óleo foi utilizada o método direto de acordo com seguinte fórmula:
Onde:
V = Viscosidade [cp]
VL = Valor lido
F = Fator 
Resultados e Discussão
Mostre, de forma organizada, as densidades dos fluidos analisados.
	Copo Ford
	Densidade (kg/m³)
	Plástico
	695
	Inox
	695
	Brookfild
	915
Tabela 4 – Densidade dos fluidos x Método de análise
Analise com atenção a tabela da empresa UNIVERSAL Ltda. Usando a equação correspondente ao Número de Copo Ford utilizado, determine a viscosidade em centistokes para as amostras testadas. Mostre o procedimento utilizado (apenas um exemplo) para a conversão de unidades. Compare as ordens de grandeza. Compare com os valores teóricos da água (com referência bibliográfica).
	Copo Ford
	Medida
	Viscosidade (mm²/s)
	Plástico
	1
	152,62
	
	2
	146,23
	
	3
	149,35
	
	4
	148,85
	
	Média
	149,26
	Inox (nº4)
	1
	117,12
	
	2
	114,97
	
	3
	114,93
	
	4
	115,31
	
	Média
	115,58
	
Tabela 5 – Viscosidade em centistokes para as amostras analisadas
De acordo com os cálculos apresentados, a viscosidade cinemática da água foi igual à 8,542*10-7 mm²/s, assim, sendo menor do que a viscosidade do óleo motor, visto que a água é um fluido menos denso e mais fácil de ser escoado em um funil, devido a sua cinemática, como utilizado neste experimento.
A partir dos resultados obtidos determine a viscosidade em centipoise. Compare as ordens de grandeza. Compare com os valores teóricos da água (com referência bibliográfica).
Copo Ford Plástico -> = 103,74 cP
Copo Ford Inox -> = 80,33 cP
De acordo com os cálculos apresentados, a viscosidade dinâmica da água foi igual a 0,8512 cp, devido a fórmula utilizada (já mostrada acima), tendo uma viscosidade dinâmica menor do que o óleo motor.
Analise com atenção o gráfico da empresa VISCO Technologies que relaciona a viscosidade cinemática com o tempo de escoamento (efflux seconds) em diferentescopos Ford. Determine com este gráfico a viscosidade do líquido, ou líquidos, testados em centistokes. Mostre detalhadamente o procedimento de cálculo realizado para obter a leitura do gráfico (apenas um exemplo), use regra. Empregando os valores calculados determine a viscosidade em centipoise.
Analisando o gráfico, foi-se constatado que a viscosidade cinemática do fluido no copo ford de plástico é de 159,09 cSt, e a do fluido no copo inox de alumínio, 120,45 cSt.
Copo Ford Plástico -> = 110,6 cP
Copo Ford Inox -> = 83,17 cP 
Após multiplicar esse valor pela densidade do fluido, encontrou-se a viscosidade dinâmica para o copo plástico igual a 110,6 centipoise e para o copo inox igual a 83,17 centipoise.
Observe com atenção a Tabela da Clearco Products Co. (http://www.clearcoproducts.com). Observe a nota na parte inferior da Tabela. Comente essa nota. 
A nota diz que a precisão da tabela está limitada a dois fatores, ela assume que a densidade do fluido é 1, assim, Stokes e Poise se mantêm igualados. O fluido deve ser newtoniano. Após encontrar o valor da viscosidade cinemática, deve-se multiplicar pela densidade relativa do fluido para obter a viscosidade dinâmica.
Com os tempos experimentais obtidos determine a viscosidade em SSU, em centistokes e em centipoises. Leve em consideração a nota na parte inferior da Tabela. 
	Copo Ford
	SSU
	Centistokes (cSt)
	Centipoises (cP)
	Plástico
	711,3
	138,58
	96,31
	Inox (nº4)
	539,99
	102,125
	70,98
Numa tabela, mostre os resultados dos diferentes métodos (Universal, Visco e Clearco) de forma organizada. Comente.
	Copo Ford
	Universal
	Visco
	Clearco
	Plástico
	149,271 cSt
103,74 cP
	159,09 cSt
110,57 cP
	138,58 cSt
96,31 cP
	Inox (nº4)
	115,58 cSt
80,33 cP
	120,25 cSt
83,57 cP
	102,25 cSt
71,06 cP
	Os dados apresentados na tabela mostram uma comparação em relação ao copo Ford de plástico e o copo Ford de inox. Como visto, os resultados do copo plástico mostram uma viscosidade maior do que o copo inox, devido ao seu material e a falta de um mecanismo de nivelamento. Em relação aos métodos de cálculo de viscosidade, uma vez que a análise dos gráficos seja feita de forma correta, não é possível definir qual é o mais preciso.
 Descreva e discuta um projeto de experimentos que compare os dois copos Ford empregados. Mostre o procedimento de cálculo em detalhe. Eles são equivalentes? Justifique empregando métodos de Análise de Experimentos.
No experimento foram utilizados dois modelos de copos Ford, um de plástico e um de inox. Primeiramente o experimento foi realizado no copo Ford de plástico, obtendo-se os seguintes resultados:
t1= 44,13 segundos			T1= 27oC
t2= 42,47 segundos			T2= 26oC
t3= 43,28 segundos			T3= 26oC
t4= 43,15 segundos			T4= 26oC
Já no copo Ford de Inox, obteve-se os resultados a seguir:
t1= 34,91 segundos			T1= 27oC
t2= 34,35 segundos			T2= 27oC
t3= 34,34 segundos			T3= 27oC
t4= 34,44 segundos			T4= 28oC
	A diferença de resultados é notável, tendo em conta que os dois copos deveriam apresentar resultados mais parecidos, e as deduções foram as seguintes: o copo de Inox conta com um sistema de nivelamento, já o copo de plástico não, sendo assim, um equipamento desnivelado retarda o escoamento, sendo esse então o fator mais influente nos resultados (já que a temperatura se manteve praticamente constante nos dois experimentos).
Comente os resultados obtidos com o Viscosímetro Brookfield. Compare com os resultados gerados ao usar o Copo Ford. Comente.
O viscosímetro do tipo Brookfield é um viscosímetro de rotação, ou seja, você programa o aparelho para funcionar a um nível de rotação (já determinado) e o fluido irá exercer uma força de resistência a essa rotação, e essa força (torque) é medida pelo viscosímetro, determinando assim a viscosidade do fluido. Por dispensar a necessidade de análises mais rudimentares (como a do copo Ford, que necessita da medição do tempo), o viscosímetro Brookfield é mais utilizado em laboratórios e análises industriais, por ser um método mais confiável. 
Conclusões
Com o experimento, pôde-se concluir que, ao realizar o experimento no copo Ford, além da temperatura, o tipo de copo e o fator “nivelação” interferem na determinação da viscosidade, sendo assim, o copo Ford de Inox apresenta resultados mais precisos em relação ao de plástico. Porém, ao comparar o método do copo Ford com o método do viscosímetro Brookfield, notamos que o segundo é o mais eficiente, uma vez que o mesmo não precisa de tantas variáveis, como a medição do tempo, logo, se torna o método mais confiável, por ser o fluído que exerce uma força no aparelho. 
Referências.
VISCOSIDADE. Disponível em: <http://www.omel.com.br/artigos-tecnicos/escola-de-bombas/artigos-tecnicos/viscosidade/>. Acesso em: 07 de março de 2018
TIPOS DE VISCOSIMETROS. Disponível em: <https://fenomenais.wordpress.com/2009/05/28/39/>. Acesso em: 07 de março de 2018
VISCOSIDADE: DINÂMICA E CINEMÁTICA. Disponível em: <http://www.engquimicasantossp.com.br/2015/04/viscosidade-dinamica-e-cinematica.html#ixzz59k9ujwdD>. Acesso em: 07 de março de 2018