Relatório viscosidade

Prévia do material em texto

Laboratório de Fenômenos de Transporte 
Departamento de Engenharia Química 
Universidade Regional de Blumenau 
 
 
BOLETIM TÉCNICO 
 
Autores: Ana Carolina Trierveiler, Bruno Alessandro Woellner, João Vitor 
Macopi, Charmane Bispo Santos 
Título: Determinação da Viscosidade da Solução de Sacorose 
 
 Introdução 
A viscosidade de um fluido é uma medida de resistência à taxa de deformação que 
ocorre quando o fluido sofre ação das forças de cisalhamento. Esta propriedade depende 
diretamente da temperatura, pressão e composição do fluido. No estudo da engenharia 
os fluidos de maior interesse possuem baixas viscosidades como o ar e a água, mas 
existem fluidos de viscosidades muito altas como por exemplo o petróleo e o melaço 
(WELTY,2007). 
Welty (2007) classifica os fluidos como newtonianos ou não newtonianos, dos quais 
dependem da relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. Em 
fluidos newtonianos como a solução de sacarose a relação é linear. Para Cálculo da 
resistência utiliza-se a equação τ = µ.dv/dr, essa quando associada ao balanço de forças 
ao longo do comprimento capilar, resulta em: τ = 
∆ℎ.𝜌.𝑔.𝑣.𝑟
4𝐿
. É necessário o cálculo do 
gradiente de velocidade 
𝑑𝑣
𝑑𝑟𝑟=𝑅
=
32.ṁ
𝜋.𝐷³.𝜌
 , para que assim através da equação de Hagen-
Poiseuille encontrar o diâmetro do tubo utilizado D= [
128𝜋𝐿ṁ
𝜋𝜌2∆ℎ𝑔
]
1
4. 
 Materiais e Métodos 
2.1MATERIAIS 
- Balança de precisão 
- Viscosímetro capilar de tubo flexível 
-Béquer 
-Proveta 
- Colher de inox 
- Açúcar 
- Água 
- Cronometro 
- Medidor de altura 
 
2.2 MÉTODOS 
 
 
Laboratório de Fenômenos de Transporte 
Departamento de Engenharia Química 
Universidade Regional de Blumenau 
 
 
O experimento da viscosidade se dividiu em dois momentos, o “branco” utilizando 
somente água para análise do diâmetro do tubo e posteriormente a verificação da vasão 
da solução de sacarose para a determinação da viscosidade da solução. Todos os 
experimentos foram realizados em duplicata. 
No primeiro momento da experiência, adicionou-se água de torneira em uma béquer 
de 1000ml de volume, realizou-se a pesagem em balança de precisão e transferiu-se o 
líquido para o viscosímetro capilar de tubo flexível, demarcando a altura da coluna 
d’agua no recipiente. Determinou-se então três alturas diferentes 25cm, 35cm e 45cm 
para analisar a vazão ao longo do tempo cronometrado em 30 segundos. De início 
pensou-se em avaliar as alturas de 5cm e 15cm também, porém os valores mensurados 
ficaram muito baixos e decidiu-se descarta-los por fim. 
O procedimento de análise das vazões foi basicamente o seguinte: Posicionava-se o 
tubo flexível na altura desejada, iniciava o cronometro no momento em que liberava a 
vasão de água, essa era coletada em uma proveta de medição; ao chegar aos 30 
segundos, cessava-se a vasão e o volume coletado era anotado, posteriormente devolvia-
se a água coletada na proveta novamente para o viscosímetro, mantendo sempre a 
mesma coluna de água. Este procedimento foi realizado nas 3 alturas descritas acima. 
Para a verificação da viscosidade da solução de sacarose, determinou-se uma 
solução de 10%, ou seja, 100 gramas de açúcar em 1 litro de água. O açúcar foi 
dissolvido na água em um béquer com auxílio de uma colher de inox, até que fosse 
imperceptível os grânulos de açúcar na água. Esta solução foi transferida para o 
viscosímetro de capilar flexível repetindo o mesmo processo, nas mesmas alturas, 
realizados com a água pura, para posteriormente comparar a diferença entre as 
viscosidades dos fluidos. 
Com o auxílio do Programa excel e os dados obtidos em laboratório, calculou-se o 
diâmetro do tubo e a viscosidade da solução de sacarose, ao lançar os dados percebeu-se 
que foi anotado somente a vazão volumétrica da água e da solução de sacarose, portanto 
fez-se necessário o cálculo da massa específica, encontrando assim os valores de vasão 
mássica exigidos para os cálculos necessários. 
 Resultados 
 
Avalia-se o diâmetro do tubo através do cálculo de vazão mássica por tempo como 
demonstrado na tabela 1 a seguir. 
 
Laboratório de Fenômenos de Transporte 
Departamento de Engenharia Química 
Universidade Regional de Blumenau 
 
 
Tabela1: determinação do diâmetro do tubo. Fonte: autores 2020. 
Determinação do diâmetro 
Distância(m) Tempo (s) Massa (kg) Vazão(kg/s) Diâmetro(m) 
0,25 30 0,2550 0,0085 0,0034 
0,35 30 0,2860 0,0095 0,0033 
0,45 30 0,3190 0,0106 0,0031 
0,25 30 0,2550 0,0085 0,0034 
0,35 30 0,3000 0,0100 0,0033 
0,45 30 0,3400 0,0113 0,0032 
 Diâmetro (mm) 3,300291895 
 
Percebe-se que o diâmetro do capilar flexível encontrado foi de 3,3 milímetros, 
correspondendo ao esperado, visto que a equipe dimensionou com uma régua 5 
milímetros, e valores como 3,35 milímetros (CUSTÓDIO et.al,2016) e 3,2 milímetros 
(GONÇALVES et.al, 2016) foram encontrados por outras equipes que já realizaram a 
disciplina de laboratório de fenômenos de transporte. 
 Com o diâmetro calculado, pode-se então avaliar a viscosidade da solução de 
10% de sacarose. 
Tabela 2: Determinação dos parâmetros da solução de sacarose. Fonte: autores 2020 
Determinação de Sacarose 10% 
Distância (m) Tempo(s) Massa (kg) Vazão (kg/s) dvz/dr (s-¹) τo (Pa) 
0,25 30 0,2310 0,0077 1982,641 2,227 
0,35 30 0,2970 0,0099 2549,110 3,118 
0,45 30 0,3520 0,0117 3021,167 4,008 
 
 Para fluidos ditos newtonianos através da regressão linear de 𝜏𝑜 e 
𝑑𝑣𝑧
𝑑𝑟
 como 
demostrada no gráfico a seguir, pode-se determinar a viscosidade da solução, visto que 
a “tg a = µ”. 
Grafico 1: determinação da viscosidade. Fonte: autores 2020 
 
 
Para tal experimento de solução de 10% de sacarose, encontrou-se uma viscosidade 
dinâmica de 1,7 x10−3 Pa.s, aparentemente acima de valores determinados pela 
y = 0,0017x - 1,1893
R² = 0,9973
1,500
2,500
3,500
4,500
1000,000 2000,000 3000,000 4000,000
Ta
xa
 d
e
 c
is
al
h
am
e
n
to
 (
P
a)
Taxa de deformação (s-1)
Sacarose 10%
Laboratório de Fenômenos de Transporte 
Departamento de Engenharia Química 
Universidade Regional de Blumenau 
 
 
literatura como 1,3x10−3Pa.s (FOX,2006) e encontrados por outras equipes para o 
mesmo percentual de solução como 1,5x10−3 Pa.s (CUSTÓDIO et.al, 2016), e 1,4x 
10−3Pa.s (VARELAet.al,2015). Esta diferença pode ter sido ocasionada, pelo 
experimento ocorrer após soluções mais concentradas e falta de higienização correta do 
tubo. 
 Conclusões 
Avalia-se como satisfatório o experimento realizado, visto que os parâmetros 
encontrados mostraram-se muito próximos dos parâmetros determinados anteriormente. 
A solução de 10% de sacarose se comportou como um fluido newtoniano, o que já 
era esperado, e demostrou uma viscosidade dinâmica muito próxima a descrita em 
literatura. Por fim o diâmetro do capilar flexível também demonstrou estar de acordo 
com o esperado, por ser visivelmente pequeno. 
 
 Referências Bibliográficas 
 
CUSTÓDIO, D.J.G; SILVA, K.O.L; GOEDERT, M. Determinação da viscosidade de 
soluções aquosas de sacarose. FURB,2016. 
 
FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J. Introdução a mecânica dos 
fluídos. 6a Edição. LTC. Rio de Janeiro, 2006. 
 
GONÇALVES,A. et.al. Determinação da viscosidade de soluções aquosas de 
sacarose. FURB,2016. 
 
VARELA, J.A; ORTUNIO,C.A; PEREIRA,G. Determinação da viscosidade. 
FURB,2015. 
 
WELTY, J. R; WICKS, C.E; WILSON, R.E; RORRER, G.L. Fundamentals of 
momentum, heat, and mass transfer. 5th Edição. Wiley. United States of America, 
2007.