Relatório 01 - Viscosidade Dinâmica e Cinemática

Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologias – CCT CCT Unidade Acadêmica de Engenharia Química – UAEQ UAEQ Disciplina: Laboratório de Engenharia Química I Turma: 01 Professor: Eudésio de Oliveira Vilar Aluno: David David Santos Rosa Mat: 111110728 111110728

Relatório 01 – 01 – VISCOSIDADE DINÂMICA E CINEMÁTICA

27/02/2013 Campina Grande - PB 1

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Índice

1. Objetivos .............................................................................................................................................3 1.1 Objetivo Geral ............................................................ ............................................................................................................................... ................................................................... 3

2. Materiais Necessários .........................................................................................................................4 3. Introdução Teórica ..............................................................................................................................5 4. Metodologia ........................................................................................................................................9 5. Resultados e discussões ...................................................................................................................10 10 6. Conclusão ..........................................................................................................................................12 12 7. Referências Bibliográficas ................................................................................................................13 13







1. OBJETIVOS 1.1 Objetivo Geral



Determinar a viscosidade cinemática de um fluido laminar em regime de escoamento.







2. MATERIAL UTILIZADO



Água destilada



Álcool Etílico Comercial (Fabricante: VETEC)



Capilares de código 52013 e 52023



Óleo comestível (Óleo de Soja. Fabricante: SIOL)



Pissetas



Provetas de 20 ml



Viscosímetro de Cannon-Fenske (Fabricante: Schott, Modelo: AVS 350, Produzido na Alemanha)







3. INTRODUÇÃO TEÓRICA 3.1 Características dos fluidos. A matéria apresenta-se no estado sólido ou no estado fluido, este abrangendo os estados líquido e gasoso. O espaçamento e a atividade intermoleculares são maiores nos gases, menor nos líquidos líquidos e muito reduzido nos sólidos. Sólidos: Moléculas ou cristais oscilam em

torno de posições fixas

Fluidos: Moléculas trocam de posição. Tomam a forma f orma do recipiente. Líquidos: Possuem uma interação intermolecular forte (pontes de van der

Waals) e por

isso eles tomam a forma do recipiente, porém restringindo-se a um volume finito. Gases:

Possuem interação molecular fraca e por isso, além de tomarem a forma do

recipiente, o preenchem pr eenchem completamente.

3.2 Definição de um fluido. Fluidos são substâncias que são capazes de escoar e cujo volume toma a forma de seu recipiente. Quando em equilíbrio, os fluidos não suportam forças tangenciais ou cisalhantes. Todos os fluidos possuem um certo grau de compressibilidade e oferecem pequenas resistência à mudança de forma. Os fluidos podem ser divididos em líquidos e gases. A principal diferença entre eles são: ( a ) os líquidos são praticamente incompressíveis, incompressíveis, ao passo que os gases são compressíveis e muitas vezes devem ser assim tratados e ( b ) os líquidos ocupam volumes definidos definidos e tem superfícies superfícies livres ao passo passo que uma dada massa de gás expande-se até ocupar todas as parte do recipiente.

3.3 Tensão de Cisalhamento. A força  que age em um área  pode ser decomposta em uma componente normal

 e uma componente tangencial tangencial  , como mostra a Fig. 1. A força dividida pela área na qual ela age é chamada tensão. O vetor força dividida







  

  

Figura 1 - Componentes normal e tangencial de uma força

3.4 Viscosidade Viscosidade é a resistência à deformação dos fluidos em movimento; não se manifesta se o fluido se encontrar em repouso. A ação da viscosidade representa uma forma de atrito interno, exercendo-se entre partículas adjacentes que se deslocam com velocidades diferentes. A viscosidade é uma propriedade termodinâmica (dependente de T e P). A viscosidade pode ser imaginada como sendo a “aderência” interna de um fluido. É uma das propriedades que influencia a potência necessária para mover um aerofólio através da atmosfera. Ela é responsável pelas perdas de energia associadas ao transporte de fluidos em dutos, canais e tubulações. Além disso a viscosidade tem um papel primário na geração de turbulência. Nem seria necessário dizer que a viscosidade é uma propriedade extremamente importante a ser considerada em estudos de escoamento de fluidos. A taxa de deformação de um fluido é diretamente ligada à viscosidade do fluido. Para uma determinada tensão, um fluido altamente viscoso deforma-se numa taxa menor do que um fluido com baixa viscosidade. Considere o escoamento da Fig. 2, no qual as partículas do fluido se movem na direção x com velocidades diferentes, de tal forma que as velocidades das partículas, u, varia com a coordenada y. Duas posições das partículas são mostradas em tempos diferentes; observe como as partículas se movem relativamente uma a outra. Para tal y), podemos definir a viscosidade μ do campo de escoamento simples, no qual u = u( y μ do fluido

pela relação:



 

Na qual  é a tensão de cisalhamento e  é a velocidade na direção . As unidades de  são









Figura 2 - Movimento relativo de duas partículas do fluido na presença de tensões de cisalhamento.

A razão entre a viscosidade absoluta, , e a massa específica, , surge com frequência. Essa razão é chamada viscosidade cinemática e é representada r epresentada pelo símbolo . Como a massa específica tem as dimensões [M/L 3], as dimensões de  são [L2/t]. No sistema Métrico Absoluto, a unidade de  é o stoke (1 stoke  1 cm2/s). É importante observar que, para gases, a viscosidade aumenta com a temperatura, enquanto que, para líquidos, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura.

3.5 Classificação dos fluidos Os fluidos podem ser classificados como:



Newtonianos – a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à taxa de deformação.



Não newtonianos – a tensão não é diretamente proporcional à taxa de deformação. Que por sua vez são classificados em: 

Plástico de Bingham : estes fluidos requerem a aplicação de uma tensão, τ,







Figura 3 - Fluidos newtonianos e não newtonianos







4. METODOLOGIA Antes da realização do experimento fez-se um revisão teórica a respeito do assunto abordado e então a preparação para o experimento foi iniciada. Inicialmente, com água destilada foi realizada a limpeza dos capilares de número 52013 e 52023 mm 2. Com o auxílio de uma proveta, 20 ml de água destilada foi aferida e então colocada dentro do capilar (52013 mm 2), com o máximo de cuidado a fim de que não se formassem bolhas. O capilar foi devidamente encaixado no viscosímetro e o tubo de pressão foi conectado ao tubo, em seguida o viscosímetro foi ligado a fim de determinar o tempo de escoamento do líquido. Determinou-se a quantidade de medidas necessárias para uma boa média de tempo (três) e os valores obtidos foram devidamente anotados e estão registrados na tabela 1. O tubo de pressão e o capilar foram então retirados. O mesmo processo repetiu-se para o álcool e o óleo, só que para o óleo, por ser mais denso, o capilar utilizado foi o de 52023 mm2.







5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Temperatura Ambiente: 25 ºC Temperatura do Experimento: 25 ºC

Tabela 1 – Medidas Medidas do tempo de escoamento de cada substância e respectivas viscosidades cinéticas Substâncias

Capilar 52013

Capilar 52023

Capilar 52013

Capilar 52023

Tempo (s)

Tempo (s)

K = 0,0003338 cm2/s2

K = 0,002318 cm2/s2

1. 29,98

               

2. 30,25 Água

3. 30,29 Média: 30,17 1. 78,17

                 

2. 79,34 Álcool

3. 79,50 Média: 79,00 1. 288,03 2. 288,85

Óleo

3. 287,31 Média: 288,06

              

Através dos dados obtidos no viscosímetro utilizamos a relação    , para







       ( )      

  ) ) Para o óleo (        ()         

Os valores teóricos encontrados para as viscosidades foram à temperatura de 20 ºC, mas a temperatura no ambiente de realização dos experimentos foi de 25º C.









6. CONCLUSÕES O experimento foi concluído com sucesso, mas alguns fatores podem ter influenciado nas medidas aferidas, a secagem dos capilares não foi feita corretamente e nem houve limpeza dos mesmos com acetona e nem secagem em estufa. E ainda vale ressaltar que a temperatura do experimento nem sempre é a mesma m esma do ambiente. Apesar de tais situações, pôde-se compreender os conceitos de viscosidade de um fluido e a forma que tal fluido fl uido se comporta ao movimentar-se.







7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS



http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/111/arquiv /setores/111/arquivos/CAP_1_DEFINI os/CAP_1_DEFINI COES.pdf



http://pt.scribd.com/doc/65985175/Hidrau http://pt.scribd.com/doc/65985175/Hidraulica-Viscosidade lica-Viscosidade



http://www.hidrotec.xpg.com.br/tabvisc.htm

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FOX, Robert W., Introdução à mecânica dos fluidos. Robert W. Fox, Alan T. McDonald, Philip J. Pritchard; tradução e revisão técnica Ricardo Nicolau, Luiz Machado. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 7 ed.

Relatório 01 - Viscosidade Dinâmica e Cinemática

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