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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
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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
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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)
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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.
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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)
Concentrao em % (m/v)
Viscosidade de solues aquosas de sacarose em funo
da concentraao (25 oC)
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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)
Concentrao em % (m/v)
Viscosidade experimental e da literatura de soluoes de
sacarose a 25 oC
Experimental
Literatura
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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.
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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.
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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.