Relatório - Viscosidade

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
LABORATÓRIO I FENÔMENOS DE TRANSPORTE E OPERAÇÕES UNITÁRIAS
Aula 2:
EFEITO DA TEMPERATURA DOS FLUIDOS NA VISCOSIDADE
Goiânia,
2021
1. OBJETIVO
Verificar a influência de diferentes temperaturas na viscosidade do fluido.
2. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com os dados fornecidos na aula foi possível calcular a viscosidade do fluido de
xarope de glucose de milho (Karo) em diferentes temperaturas.
h fluido = 18,5 cm D esfera = 2,0 cm g=9,81 m/s²
ρ
𝑠
= 2500 𝑘𝑔/𝑚3 ρ
𝑓
= 1440 𝑘𝑔/𝑚3
Tabela 1. Tempo de queda da esfera no fluido em diferentes temperaturas.
KARO
Temperatura (°C) 11 25 39
Tempo 13´20´´ 2´37´´ 48´´
Legenda: ´ = min ´´ = segundos
A determinação das viscosidades para o Karo em diferentes temperaturas foi
calculada a partir da equação 1, onde:
g – gravidade
D – diâmetro médio das esferas
ρs – densidade da esfera
ρf – densidade do fluido
V – velocidade média de queda das bolinhas
(Equação 1)µ = 118
𝑔.𝐷2(ρ
𝑠
−ρ
𝑓
)
𝑉
Usando os dados experimentais, foram calculados os valores para a velocidade
média de queda das bolinhas (V), a partir da Equação 2, onde L é a altura de
preenchimento na proveta pelo fluido e Δt o tempo gasto de deslocamento das
bolinhas.
(Equação 2).𝑉 = 𝐿Δ𝑡
Após a obtenção da velocidade média, foram calculados os valores para a
viscosidade do fluido Karo, a partir da equação 1. Os valores encontrados para as
velocidades médias e as viscosidades seguem na tabela 2.
Tabela 2. Obtenção da velocidade e viscosidade do fluido Karo a partir de
diferentes temperaturas.
Temperatura (ºC) Velocidade ( )𝑚𝑠 Viscosidade ( )
𝐾𝑔
𝑚.𝑠
11 2,31.10-4 990,48
25 1,18.10-3 193,87
39 3,85.10-3 59,43
Com os resultados obtidos para viscosidade do Karo sob diferentes
temperaturas, foi possível traçar o gráfico da temperatura versus concentração do
fluido. (Figura 1).
Figura 1. Gráfico da Temperatura versus Viscosidade do Karo.
É conhecido que as propriedades reológicas dos alimentos possuem um valioso
papel durante os processos de desenvolvimento, produção e processamento. Os
processos industriais incluem o uso de diferentes operações unitárias, nas quais estão
relacionadas com as propriedades reológicas. Tendo isso em vista, se faz necessário o
conhecimento do comportamento dos fluidos para o correto dimensionamento de
instalações, processos, equipamentos e tubulações (Sharma et al., 2000).
A propriedade física que tem como atributo caracterizar a resistência de um
fluido ao escoamento, a uma dada temperatura, é chamada de viscosidade. A
dependência da viscosidade à mudança de temperatura varia para cada tipo de
material ou fluido e, em geral, processos trabalham com diferentes fases de
temperatura, e o conhecimento da razão entre estas duas grandezas é o que permite
manter um regime de processamento contínuo (RAO, 2006).
Dentre as três temperaturas utilizadas no experimento, observou-se que, quanto
menor a temperatura, maior será a viscosidade do fluido, e consequentemente o tempo
de queda da esfera será maior. Segundo Vidal et al. (2006), conforme a temperatura
aumenta, a viscosidade da fase líquida diminui, causando um aumento do movimento
das partículas em suspensão o que consequentemente causa a diminuição da
viscosidade do produto. Moura et al. (2016) analisou as propriedades físicas e
reológicas de produtos à base de frutas e estudou a influência da temperatura na
viscosidade aparente. Dentre os resultados obtidos, estes constataram que houve um
decréscimo da viscosidade com o aumento da temperatura. Essas informações são
muito importantes em processos industriais, principalmente no que diz respeito às
operações unitárias de transferência de quantidade de movimento e massa.
Canciam, 2013 analisou o efeito da temperatura na viscosidade de óleos
lubrificantes e observou que a viscosidade dinâmica de cada um dos óleos lubrificantes
estudados tendem a sofrer um decréscimo com a elevação da temperatura, variando
inversamente com essa grandeza, ou seja, a elevação da temperatura ocasiona a
redução da viscosidade dinâmica. De acordo com o mesmo, essa redução da
viscosidade dada pelo aumento da temperatura é atribuída ao aumento das distâncias
intermoleculares provocadas durante o aquecimento, na qual reduz as forças de
atração entre as moléculas, diminuindo a viscosidade.
Canciam, 2013 obteve como resultados para viscosidade ( ) de:. 10−2𝑃𝑎. 𝑠
19,0041 a 10ºC, 10,9512 a 20ºC, 6,7492 a 30ºC e 4,3973 a 40ºC. Nota-se que, os
valores obtidos por Canciam para a viscosidade variaram menos em relação a
mudança de temperatura, comparado com os valores de viscosidade do karo obtidos
nesse experimento. Isso está relacionado à energia de ativação de fluxo viscoso, que é
uma grandeza que indica a sensibilidade da viscosidade em relação à mudança de
temperatura. Isso indica que, quanto maior for a energia de ativação de fluxo viscoso,
maior será a influência da temperatura. Altos valores da energia de ativação de fluxo
viscoso indicam uma mudança mais rápida na viscosidade dinâmica com a temperatura
(Silva, 2008). Dessa forma, os líquidos com altos valores da energia de ativação de
fluxo viscoso apresentam grande variação na viscosidade dinâmica em função da
temperatura e vice-versa, como é o caso do Karo.
3. CONCLUSÃO
Com o modelo proposto foi possível calcular a viscosidade do Karo em
diferentes temperaturas e notar a diferença no comportamento desse fluido. A
viscosidade diminuiu com o aumento de temperatura, uma vez que, em altas
temperaturas, as moléculas possuem maior energia de translação e rotação, permitindo
vencer as barreiras energéticas de interações intermoleculares com maior facilidade
para o escoamento.
4. REFERÊNCIAS
CANCIAM, César Augusto. Efeito da temperatura na viscosidade dinâmica dos óleos
lubrificantes SAE 5W20, SAE 5W30 e SAE 5W40. Revista da Universidade Vale do
Rio Verde, v. 11, n. 2, p. 228-238, 2013.
E. L. Silva Vaz, H. A. Acciari, A. Assis, E. N. Codaro. Uma experiência didática sobre
viscosidade e densidade. Química Nova na Escola, v. 34, n. 3, p. 155-158. 2012.
MOURA, Sílvia Cristina Sobottka Rolim de et al. Propriedades físicas e reológicas de
produtos à base de frutas. Brazilian Journal of Food Technology, v. 19, 2016.
RAO, C. G. Essentials of food process engineering. Amsterdam: BIS Publishers, 2006.
p. 122-129.
SHARMA, S. K.; MULVANEY, S. J.; RIZVI, S. S. H. Food process engineering: theory
and laboratory experiments. New York: Wiley, 2000. p. 20-186.
SILVA, S. A. Estudo do comportamento reológico dos adesivos hot melt PSA e a
sua relação com a composição e as propriedades adesivas. Dissertação de
Mestrado em Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
2008. 123 p.
VIDAL, J. R. M. B.; SIERAKOWSKI, M. R.; HAMINIUK, C. W. I.; MASSON, M. L.
Propriedades reológicas da polpa de manga (Mangifera indica L. cv. Keitt) centrifugada.
Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 30, n. 5, p. 955-960, 2006. http://
dx.doi.org/10.1590/S1413-70542006000500020.