79812864 Determinacao Da Viscosidade Pelo Metodo Do Viscosimetro Capilar

Avenida Darcy Vargas, 1200 - Parque Dez CEP - 69.050.020 Telefone: 3236-5573 Manaus-Am - www.uea.edu.br

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA QUMICA

Disciplina: LABORATRIO DE ENGENHARIA QUMICA I

DETERMINAO DA VISCOSIDADE PELO MTODO DO VISCOSMETRO

CAPILAR Efeito da concentrao na viscosidade da soluo

Data de realizao:

Prof.: Leonel Garcell

Aluno: Adam Macedo Nota do grupo:

Aluna: Amanda Lays Obando de Oliveira

Aluna: Amanda Marques de Oliveira

Aluna: Ana Heloiza Simas da Silva

Manaus, AM

2011


1. INTRODUO

A reologia a cincia que estuda o comportamento dos fluidos a partir de esforos

mecnico, como a deformao, causado por diversas condies externas. As propriedades

reolgicas mais importantes so a viscosidade e a elasticidade. [1]

Em linhas gerais, a viscosidade pode ser definida como resistncia apresentada por um

fluido alterao de sua forma, ou aos movimentos internos de suas molculas umas em relao

s outras. A viscosidade de um fluido indica sua resistncia ao escoamento, sendo o inverso da

fluidez. [2]

Mais profundamente, viscosidade a medida do atrito interno de um fluido. Este atrito

torna-se aparente quando uma camada do fluido se move em relao outra camada. A

quantidade de fora requerida para causar esse movimento chamada de cisalhamento. O

cisalhamento ocorre quando o fluido fisicamente movido ou distribudo. Fluidos altamente

viscosos requerem uma fora maior para que uma camada se mova em relao outra do que

materiais menos viscosos.

Figura 1-Modelo para definio de viscosidade

A viscosidade pode ser dividida em trs tipos: Viscosidade Aparente, Viscosidade

Cinemtica e Viscosidade Absoluta.

Viscosidade Aparente: aquela medida em um nico ponto e atravs de cisalhamento

constante. expressa por unidades de Poise ou centiPoise (mPa/s). Utilizada na leitura de

viscosidade de fluidos pseudo-plsticos. Viscosmetros: Brookfield, Haake.


Viscosidade Cinemtica: aquela medida por um sistema de geometria que se utiliza da

gravidade para sua obteno de medida. Medida por copos tem, como mtodo, a contagem,

atravs de um cronmetro, do tempo gasto para o fluido escorrer pelo orifcio inferior destes

copos.

Viscosidade Absoluta: aquela que medida por um sistema de geometria que no

sofre influncia da gravidade para a obteno desta medida. [3]

Os viscosmetros baseiam-se na medida da resistncia ao escoamento em um tubo capilar

ou pelo torque produzido pelo movimento de um elemento atravs do fluido.

Os remetros podem medir um grande intervalo de taxas de deformao e construir

reogramas completos que incluem comportamento tixotrpico e ensaios dinmicos para a

determinao das propriedades viscoelsticas do material, alm de poder programar varreduras

de temperatura.[4]

Existem quatro tipos de viscosmetros:

Viscosmetro capilar: A viscosidade medida pela velocidade de escoamento do lquido

atravs de um capilar de vidro. medido o tempo de escoamento do lquido entre duas marcas

feitas no viscosmetro. Os viscosmetros capilares podem ser: Viscosmetro de Ostwald,

Viscosmetro de Cannon-Fanske e Viscosmetro de Ubbelohde.


Figura 2-Viscosmetro de Ostwald Figura 3-Viscosmetro de

Cannon-Fanske

Figura 4- Viscosmetro de

Ubbelohde

Viscosmetro de orifcio: A viscosidade medida pelo tempo que um volume fixo de

lquido gasta para escoar atravs de um orifcio existente no fundo de um recipiente.

Figura 5- Viscosmetro de orifcio

Viscosmetro Rotacional: A viscosidade medida pela velocidade angular de uma parte

mvel separada de uma parte fixa pelo lquido. Nos viscosmetros de cilindros concntricos, a

parte fixa , em geral, a parede do prprio recipiente cilndrico onde est o lquido. A parte

mvel pode ser no formato de palhetas ou um cilindro. Nos viscosmetros de cone-placa, um

cone girado sobre o lquido colocado entre o cone e uma placa fixa.


Figura 6- Viscosmetro cilindros concntricos Figura 7- Viscosmetro cone-placa

Viscosmetro de esfera: A viscosidade medida pela velocidade de queda de uma esfera

dentro de um lquido colocado em um tubo vertical de vidro. medido o tempo que uma esfera

gasta para percorrer o espao entre duas marcas feitas no viscosmetro. [5]

Figura 7- Viscosmetro de Esfera

A escolha do tipo de viscosmetro a ser utilizado depende do propsito da medida e do

tipo de lquido a ser investigado. Neste presente trabalho iremos abordar o viscosmetro de

Ostwald modificado, conhecido como Cannon- Fenske, para determinar o coeficiente de

viscosidade de gua e das solues de sacarose a 10, 20% (m/v).


2. OBJETIVOS

2.1 Geral

Determinar experimentalmente o coeficiente de viscosidade em solues aquosas de

sacarose.

2.2 Especficos

Determinar a constante caracterstica do viscosmetro, ;

Avaliar a influncia da concentrao na viscosidade a uma determinada temperatura.


3. MATERIAIS E MTODOS

3.1 Materiais Utilizados

Viscosmetro capilar Cannon Fenske (1)

Pra de borracha (1)

Suporte universal (1)

Termmetro para temperatura ambiental (1)

Copos Becker 100,0 mL.

Cronmetro digital.

3.2 Reagentes Utilizados

gua destilada.

Solues de sacarose 10 e 20% (m/v)

3.3 Procedimento Experimental

Primeiramente limpou-se o viscosmetro com gua e secou-o atravs do vcuo fornecido

com a pra. Em seguida, imergiu-se a extremidade N na amostra e aplicou-se vcuo pouco a

pouco no tubo L.

Esperou-se que a amostra atingisse o nvel G e fechou-se a extremidade N com

dispositivo apropriado para que no houvesse escoamento do lquido.

Assim, inverteu-se o tubo e limpou-o externamente, fixando-o verticalmente ao suporte

universal. Conseguintemente a extremidade N foi liberada e iniciou-se o escoamento do fluido

testado.

Em seguida, mediu-se o tempo de escoamento entre as marcas E e F do bulbo inferior C e

as marcas F e I do bulbo superior J.


O mesmo procedimento foi realizado utilizando gua destilada (0% de sacarose) e

solues de concentrao de sacarose de 10%, 20% em massa. As duas primeiras em duplicata.

O dado experimental da gua foi utilizado para calcular a constante caracterstica do

viscosmetro. E a partir disso avaliou-se o efeito da concentrao de sacarose na viscosidade da

soluo.


4. RESULTADOS E DISCUSSO

Dados coletados no laboratrio.

Tabela 1. Dados experimentais: tempo de escoamento por soluo

H2O Sacarose 10 % Sacarose 20 %

1 114,97 s 138,55 s 176,95 s

2 112,91 s 142,92 s -

mdio 113,94 s 140,74 s -

Determinao experimental da constante k.

A constante k do viscosmetro se determina, experimentalmente, com um fluido de

viscosidade conhecida. Utilizando a gua como fluido padro para a determinao da constante k,

podemos obter sua viscosidade na Tabela 2.

Tabela 2. Viscosidade da gua. Fonte: CAPUTO, 1996

Temperatura (oC) Viscosidade (mPa.s)

0 1,781

4 1,558

5 1,518

10 1,307

15 1,139

20 1,002

25 0,890

30 0,798

40 0,653

50 0,547

60 0,466

70 0,404

80 0,354

90 0,315

100 0,282


A temperatura utilizada no experimento foi de 25 oC. Nestas condies a viscosidade da

gua apresenta valor de 0,8903 mPa.s .

Utilizando a equao = k e isolando-se a constante k, podemos determinar k para este

viscosmetro.

Clculo das viscosidades das solues de sacarose.

Soluo de Sacarose 10 %

= k = (7, 8138.10-3mPa).(140,74s) = 1,0997 mPa.s.

Soluo de Sacarose 20 %.

= k = (7, 8138.10-3mPa).(176,95s) = 1,3827 mPa.s.

Com a obteno dos valores das viscosidades as suas respectivas concentraes foi

possvel esboar o grfico, e avaliar como se comporta a curva de viscosidade na temperatura de

25 oC. O Grfico 1 representa esta variao.

Grfico 1. Viscosidade experimental de solues de sacarose a 25 oC.

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

0 5 10 15 20 25

Vis

cosi

dad

e (m

Pa.

s)

Concentrao em % (m/v)

Viscosidade experimental de soluoes aquosas de sacarose

em funo da concentrao (25 oC)


A partir deste grfico, pode-se observar como a viscosidade da soluo de sacarose se

comporta perante o aumento da sua concentrao. Logo notvel que medida que se aumenta a

concentrao da soluo, a sua viscosidade tambm aumenta, mantendo-se constante a

temperatura. Ou seja, medida que se aumenta a concentrao da soluo, esta apresenta maior

resistncia ao movimento de escoamento.

Os valores de viscosidade das solues podem ser comparados com valores da literatura.

A Tabela 3 nos informa diversos valores de viscosidade a temperaturas e concentraes

diferentes.

Tabela 3. Viscosidade de solues aquosas de sacarose em funo da temperatura. Fonte: PERRY & CHILTON,

1980.

T (oC) (cP)

20% 40 % 60%

10 2,662 9,830 113,90

15 2,275 7,496 74,90

20 1,967 6,223 56,70

25 1,710 5,206 44,02

30 1,510 4,398 34,01

35 1,336 3,778 26,62

40 1,197 3,261 21,30

45 1,074 2,858 17,24

50 0,974 2,506 14,06

55 0,887 2,227 11,71

60 0,881 1,989 9,87

65 0,745 1,785 8,37

70 0,688 1,614 7,18

75 0,637 1,467 6,22

80 0,592 1,339 5,42

85 0,552 1,226 4,75

Ao comparar o valor de viscosidade da soluo de sacarose obtido experimentalmente (

= 1,3827 mPa.s) com o valor da literatura ( = 1,710 mPa.s), pode-se notar um grande desvio de

valores.

A partir dos dados da Tabela 3, possvel desenhar a curva da viscosidade das solues

aquosas de sacarose em funo de sua concentrao na temperatura de 25 oC. Esta curva est

sendo representada no Grfico 2.


Grfico 2. Viscosidade de solues de sacarose a 25 oC.

Do grfico 2, se nota que, a partir de determinado valor de concentrao, os valores de

viscosidades aumentam exponencialmente. Ou seja, para baixas concentraes a viscosidade das

solues aumenta quase proporcionalmente com a concentrao. J para valores altos de

concentrao, a viscosidade apresenta valores relativamente altos, o que faz a curva tomar esse

formato.

Ao comparar a curva de viscosidade experimental com a curva obtida a partir de valores

da literatura, podemos notar uma diferena entre as duas curvas. Essa comparao mostrada no

grfico 3.

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50

Vis

cosi

dad

e (m

Pa.

s)


Viscosidade de solues aquosas de sacarose em funo

da concentraao (25 oC)


Grfico 3. Comparao da viscosidade de solues de sacarose da literatura com valores experimentais a 25 oC.

Observando-se o grfico 3, nota-se que a curva de viscosidade experimental ficou abaixo

da curva de viscosidade da literatura, a partir da concentrao de sacarose 10% . Um dos fatores

quem podem ter contribudo neste desvio foi a temperatura, pois pequenos arredondamentos de

valores de temperatura podem levar a considerveis variaes de viscosidade, j que esta

propriedade em funo da temperatura.

Mas o principal fator que deve ter influenciado o comportamento diferente entre as

curvas, certamente foi a ausncia de valores experimentais para este intervalo nas concentraes

oferecidas pela literatura (maiores que as experimentais), visto que experimentalmente foram

utilizadas as concentraes de 0%, 10% e 20% de sacarose. Isso nos impede de analisar como se

d o verdadeiro formato da curva. J que com valores grandes de concentrao (a partir de 50 %)

a viscosidade se comporta muito diferente de valores baixos.

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

0 5 10 15 20 25

Vis

cosi

dad

e (m

Pa.

s)


Viscosidade experimental e da literatura de soluoes de

sacarose a 25 oC

Experimental

Literatura


5. QUESTIONRIO

1 - Qual o principio geral de funcionamento dos viscosmetros capilares?

O fluido a ser testado descarregado atravs de um tubo capilar como resultado da ao da

gravidade (fora motriz). Para obter o valor da viscosidade, ou seja, a resistncia que o fluido

apresenta ao escoamento, medido o tempo de escoamento.

2 - Por que o viscosmetro desta prtica s pode ser usado para fluidos newtonianos?

Porque a fora motriz varia durante a descarga, e a taxa de deformao do fluido no-newtoniano

afetada. Logo o viscosmetro de Cannon-Fenske no apropriado para fluidos no-

newtonianos.

3 - A constante caracterstica do viscosmetro () depende da temperatura. Explique por

qu?

Sim. A constante caracterstica do viscosmetro depende da temperatura, pois ela propriedade

do viscosmetro. Explicao: Ao determinar em uma temperatura X, utilizaremos o valor de

viscosidade de um fluido conhecido a esta temperatura e o tempo de escoamento pelo

viscosmetro. Se aumentarmos a temperatura, a viscosidade do fluido diminuir e o tempo de

percurso pelo viscosmetro variar no necessariamente de maneira proporcional, pois tambm

haver uma variao das dimenses fsicas do viscosmetro.


6. CONCLUSO

Conclui-se que a viscosidade uma propriedade que depende de fatores como a

temperatura e a concentrao. A viscosidade de uma soluo aquosa aumenta com o aumento da

concentrao, ou seja, medida que se aumenta a concentrao a soluo apresenta maior

resistncia ao escoamento.

Neste experimento determinou-se a constante caracterstica do viscosmetro com o valor

de 7,81x10-3

mPa. Para a soluo de sacarose a 10% obteve-se o valor de 1,10 mPa.s e para

soluo a 20 % obteve-se 1,38 mPa.s.

A curva de viscosidade em funo da concentrao foi parecida de dados da literatura,

porm a ausncia de dados experimentais concentraes altas, devem ter causado a diferena

observada.


7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1 - Apostila de prticas laboratoriais de Engenharia Qumica I. Universidade Federal da Bahia.

Salvador, 2011.

2 Rinaldi, R.; Garcia, C.; Marciniuk, L. L.; Rossi, A. V.; Schuchard, U. Sntese de biodiesel:

uma proposta contextualizada de experimento para laboratrio de qumica geral. Qumica Nova,

v. 30, n. 5, p. 1374 1380, 2007.

3 - Silva, M. G. Comportamento Reolgico de Emulses de gua em leo na Indstria

Petrolfera. 1996. Monografia (Programa de Recursos Humanos da Agncia Nacional do

Petrleo) Universidade Federal de Itajub.

4 - Apostila de prticas laboratoriais de Engenharia Qumica I. Universidade do Estado do

Amazonas. Manaus, 2011.

5 Pilling, S. Determinao da viscosidade de lquidos. So Jos dos Campos, 2010.

(Apostila).

6 - Caputo, H. P. Mecnica dos solos e suas aplicaes. 6.ed. Guanabara Dois: LTC Editora,

1996.

7 - Perry, R. H.; Chilton, C. Manual de Engenharia Qumica. 2.ed. Guanabara Dois: LTC

Editora, 1980.

Documents

79812864 Determinacao Da Viscosidade Pelo Metodo Do Viscosimetro Capilar