determinaÇÃo da viscosidade pelo mÉtodo do viscosÍmetro capilar

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 Aluna: Amanda Lays Obando de Oliveira Aluna: Amanda Marques de Oliveira Aluna: Ana Heloiza Simas da Silva Nota do grupo:

Manaus, AM 2011

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

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

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

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

mdio

1 2

H2 O Sacarose 10 % Sacarose 20 % 114,97 s 138,55 s 176,95 s 112,91 s 142,92 s 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) 0 4 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100

Viscosidade (mPa.s) 1,781 1,558 1,518 1,307 1,139 1,002 0,890 0,798 0,653 0,547 0,466 0,404 0,354 0,315 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. Viscosidade experimental de soluoes aquosas de sacarose em funo da concentrao (25 oC)1,5 1,4

Viscosidade (mPa.s)

1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0 5 10 15 20 25

Concentrao em % (m/v)Grfico 1. Viscosidade experimental de solues de sacarose a 25 oC.Avenida Darcy Vargas, 1200 - Parque Dez CEP - 69.050.020 Telefone: 3236-5573 Manaus-Am - www.uea.edu.br

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.o

T ( C) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 20% 2,662 2,275 1,967 1,710 1,510 1,336 1,197 1,074 0,974 0,887 0,881 0,745 0,688 0,637 0,592 0,552

(cP) 40 % 9,830 7,496 6,223 5,206 4,398 3,778 3,261 2,858 2,506 2,227 1,989 1,785 1,614 1,467 1,339 1,226

60% 113,90 74,90 56,70 44,02 34,01 26,62 21,30 17,24 14,06 11,71 9,87 8,37 7,18 6,22 5,42 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.Avenida Darcy Vargas, 1200 - Parque Dez CEP - 69.050.020 Telefone: 3236-5573 Manaus-Am - www.uea.edu.br

Viscosidade de solues aquosas de sacarose em funo da concentraao (25 oC)6

Viscosidade (mPa.s)

5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50

Concentrao em % (m/v)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.


Viscosidade experimental e da literatura de soluoes de sacarose a 25 oC1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0 5 10 15 20

Viscosidade (mPa.s)

Concentrao em % (m/v)

25 Experimental Literatura

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.


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 nonewtonianos. 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.


determinaÇÃo da viscosidade pelo mÉtodo do viscosÍmetro capilar

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