Universidade Federal do Rio Grande do NorteCentro de Ciências Exatas e da TerraDepartamento de Química

VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS

Introdução:

O coeficiente de viscosidade é uma das propriedades de transporte mais relevantes na caracterização de fluidos e é definida como a constante de proporcionalidade entre o fluxo de momento e o gradiente de velocidade na direção transversal:

Este conceito é mais fácil de entender se imaginarmos o fluido como uma série de camadas finas, como um baralho de cartas. O gradiente de velocidade está relacionado à variação da velocidade das cartas, causado por uma força tangencial que tende a espalhá-las (tensão de cisalhamento). Uma viscosidade elevada significa que o fluido resiste bastante ao cisalhamento, ao passo que uma viscosidade baixa significa uma facilidade em “espalhar” o fluido, ou seja, uma pequena resistência ao cisalhamento (portanto, uma grande fluidez).

O coeficiente de viscosidade depende do fluido e da temperatura e pode ser determinado por equipamentos chamados de viscosímetros, os quais relacionam propriedades facilmente mensuráveis à viscosidade. Dentre estas propriedades encontra-se o tempo de fluxo de um fluido submetido à passagem através de um capilar. O volume (medido a uma pressão P0) escoado por unidade de tempo num tubo capilar de raio r e comprimento l, submetido a pressões P1 numa extremidade e P2 na outra é dado pela fórmula de Poiseuille:

Quando aplicamos esta fórmula a líquidos, a diferença de pressão se deve à altura da coluna (pressão hidrostática P = gh), de modo que teremos:

Na prática, porém, não precisamos ter um conhecimento muito detalhado do aparelho, uma vez que podemos calibrá-lo com um líquido de viscosidade conhecida. Escoando volumes iguais de dois líquidos (1) e (2) de densidades 1 e 2, que escoam em tempos t1 e t2, as viscosidades η1 e η2 se relacionam através de:

A viscosidade absoluta ou dinâmica tem como unidade Pa.s (N.s/m2) em unidades do SI. Essa unidade é normalmente expressa em mPa.s dado a sua magnitude. Outra forma conveniente, a partir do sistema CGS é o Poise, sendo um Poise igual a 0,1 Pa.s ou seja, um centipoise (cP) é igual a 1 mPa.s

Objetivos:

Determinação da densidade e da viscosidade de soluções de sacarose de diferentes concentrações a temperatura constante, aplicando a lei de Poiseuille.

Material:

Viscosímetro de OstwaldPicnômetro ou balão volumétricoPipetador e/ou pêraÁgua (líquido referência)Sacarose

Procedimentos:

Prepare soluções de sacarose a 5%, 10%, 15%, 20% e 25% m/V.

Determine a densidade de todos as soluções de sacarose, inclusive para a água. Para a determinação da densidade, utilize um picnômetro ou balão volumétrico. Pese o picnômetro vazio. Depois de pesado, encha o picnômetro com o líquido problema e pese-o novamente. Através da fórmula (d = m / v) você obtém o valor da densidade do líquido naquela temperatura. (Não esqueça de descontar a massa do picnômetro vazio).

Pipete 10 mL de água para o interior do viscosímetro (limpo e desengordurado!!!) e, com o auxílio de um pipetador, succione o líquido acima das marcas.

Cronometre o tempo de escoamento do fluido. Repita mais duas vezes o procedimento.

Repita o procedimento para todos as soluções de sacarose (5%, 10%, 15%, 20% e 25% m/V).

Tomando a água como referência, determine o coeficiente de viscosidade de todos os líquidos.

Compare os resultados obtidos experimentalmente com os dados obtidos na literatura.

Discuta a validade do método (determinação de viscosidade pelo método de Ostwald).

Organize as soluções de sacarose de acordo com os seus coeficientes de viscosidade, relacionando as propriedades microscópicas (estrutura) com as propriedades macroscópicas (viscosidade e densidade) observadas.

Viscosidades da água:

T (oC) Viscosidade (cP)15 1,13920 1,00225 0,89030 0,798

Resultados Experimentais:

Determinação da viscosidade de diferentes líquidos

Substância Densidade Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo (média)

η