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Relatório viscosidade

viscosidade

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1. INTRODUÇÃO
A determinação do massa específica e do coeficiente de viscosidade dos líquidos é de
fundamental importância para o mundo petrolífero, pois cada tipo de substância vai agir de
maneira diferente em uma tubulação, por exemplo.
A viscosidade de um fluido depende consideravelmente das condições de temperatura
e pressão. Levando em conta a pressão e temperatura ambiente, a viscosidade a depender é
inversamente proporcional a densidade do fluido, não que isso seja sempre, pois submetendo
o fluido a pressões elevadas pode ocorrer de a densidade ser diretamente proporcional à
viscosidade.
A viscosidade atua num fluido como força dissipativa atuando contra o movimento do
líquido em uma tubulação, isso quer dizer que quanto maior a viscosidade de um corpo, mais
difícil será escoá-lo.
A unidade que se expressa à densidade no SI (Sistema Internacional), é o kg/m³ ou
também o g/cm³. Relaciona a massa de um corpo presente num determinado recipiente com o
volume do mesmo. Já a viscosidade é relativa, isso quer dizer que é adimensional (não
apresenta unidade de medida), relaciona a viscosidade absoluta do líquido que deseja com um
líquido de referência que nesse caso é a água com uma massa específica de 1000kg/m³ ou de
1 g/cm³. Caso a utilização seja de um gás, utiliza-se o ar como referência.
Através do laboratório foi possível calcular a viscosidade de determinadas substâncias
usando o Viscosímetro de Ostwald e a densidade pôde ser calculada através do uso de um
Picnômetro de 50 ml.
3
2. OBJETIVOS
Determinar o coeficiente de viscosidade de alguns líquidos a temperatura ambiente,
utilizando o viscosímetro de Ostwald, e a densidade, utilizando o picnômetro.
3. REVISÃO DA LITERATURA
A viscosidade é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao
escoamento, a uma dada temperatura, sendo assim quanto maior for a viscosidade do líquido,
menor o escoamento. A viscosidade de um líquido surge das forças entre as moléculas, pois
quando as interações são fortes elas mantêm as moléculas unidas e restringem seu
movimento, aumentando a viscosidade e dificultando o escoamento (Atikins, 2007).
A viscosidade de um líquido mede a resistência interna oferecida ao movimento
relativo das diferentes partes desse líquido (resistência ao fluxo). Conhecer e controlar essa
propriedade é muito importante na formulação e preparação de emulsões, cremes, géis,
soluções etc. (VILLETTI, 2010)
Na indústria de petrolífera é importantíssimo conhecer a viscosidade do petróleo que
está sendo produzido, pois em alto mar a temperatura no solo marinho chega a 4º C além da
pressão exercida pela coluna de água, devido a isso o fluido pode obstruir a passagem do óleo
devido às diferenças de pressão e temperatura a medida que o óleo vai subindo.
Nesse contexto, os fluidos (líquidos e gases) mais viscosos também seriam os mais
densos, como se houvesse uma relação de proporcionalidade entre essas duas propriedades.
Na prática, fluidos com viscosidades diferentes podem apresentar densidades tanto similares
quanto diferentes. Esse fato ocorre porque essas propriedades não dependem unicamente das
4
forças entre as partículas, senão de uma combinação de fatores, entre os quais, o tamanho, a
forma e a massa destas (Vaz, 2012)
Se tratando de viscosidade e densidade, relaciona-se a vazão de um determinado fluido
que na produção de petróleo é essencial, pois como as jazidas de óleo encontram-se a muitos
metros abaixo do nível do mar é necessário que o fluido consiga alcançar seu objetivo e para
isso a vazão deve suprir as diferenças de pressões, devido a isto muitas tubulações apresentam
revestimentos que evitam a troca de calor com o meio externo favorecendo a vazão e
diminuindo as forças dissipativas dentro do tubo, que no caso é a viscosidade.
A viscosidade pode ser encontrada através do viscosímetro de Ostwald onde podemos
achar o coeficiente de viscosidade a partir de uma substância padrão. Sendo assim as medidas
de viscosidade são comparadas com o tempo de vazão de um líquido de viscosidade
conhecida, que normalmente é a água, e do líquido cuja viscosidade se deseja determinar.
Na equação abaixo através da viscosidade desconhecida e viscosidade do
líquido padrão podemos encontrar a viscosidade relativa do líquido:
𝐫𝐞𝐥 =
𝟏
𝟐
=
𝒅𝟏𝒕𝟏
𝒅𝟐𝒕𝟐
Fórmula 1: Densidade Relativa
Onde:
 - coeficiente de viscosidade dinâmica
d - massa específica
t - é o tempo de escoamento de igual volume dos líquidos
A viscosidade relativa é uma quantidade adimensional, pois se refere à razão entre
dois valores da mesma grandeza física; e que no caso, trata-se da massa específica.
5
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
4.1 MATERIAIS:
4.1.1 Vidrarias:
 01 Béquer;
 01 Cronômetro;
 01 Garra metálica ;
 01 Picnômetro ou densímetro;
 01 Pipeta de 10 ml;
 01 Suporte metálico;
 01 Suporte universal;
 01 Viscosímetro de ostwald.
4.1.2 Reagentes:
 Água destilada;
 Álcool etílico;
 Solução de NaCl (10% p/v);
 Solução de Sacarose (10% p/v).
4.1.3 Equipamentos:
 Balança de precisão.
6
4.2 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
O procedimento experimental para a obtenção da viscosidade e da densidade das
substâncias citados no item 4.1, são adquiridos através de dois processos, viscosímetro de
Ostwald para a determinação da viscosidade e o Picnômetro para o cálculo da massa da
substância desejada, com a utilização da fórmula (d=m/v) pode-se calcular suas respectivas
densidades. Através do viscosímetro e portando um cronômetro pode-se calcular o tempo em
que cada substância leva para percorrer um volume, feito a média, e com o cálculo das
densidades em mãos é só calcular a viscosidade relativa através da fórmula presente na
Fómula 01.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A partir das medidas experimentais dos tempos de escoamento pelo tubo capilar é
possível determinar o coeficiente de viscosidade (Figura 1) da água, etanol, NaCl e sacarose.
A densidade absoluta ou massa volumétrica define-se como a propriedade da matéria
correspondente à massa por volume, ou seja, a proporção existente entre a massa de um corpo
e seu volume. Desta forma pode-se dizer que a massa volumétrica mede o grau de
concentração de massa em determinado volume. A densidade relativa é a razão entre as
densidades absolutas de duas substâncias, por exemplo: onde normalmente a água é utilizada
como substância padrão, pela conveniência da sua densidade (= 1,00 g/cm³).
Para determinar a densidade relativa de matérias (líquido - líquido) utilizou a técnica
de picnometria, sendo o picnômetro o aparelho usado neste processo.
7
Com os dados obtidos experimentalmente, construiu-se as Tabelas 1 e 2:
Substância Tempo 1 (s) Tempo 2 (s) Tempo 3 (s)
Tempo
Médio (s)
Viscosidade
Relativa
H2O 75,91 76,3 76,3 76,2 1,00
Etanol 156,2 149,9 151,6 152,7 0,10
NaCl 87 89,5 92 89,5 0,50
Sacarose 91,6 94 94 93,2 0,66
Tabela 1: Valores de Tempo de Escoamento
Visto que em cada medida (Tempo 1, Tempo 2 e Tempo 3) correspondente a 3
amostras de uma mesma substância, obtivemos dados cronometrados referentes ao tempo
necessário para que as substâncias escorram entre o menisco superior e o inferior, sendo
calculado sua média (segundos).
Para uma determinação simples de coeficiente de viscosidade. Neste caso as medidas
de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo de vazão de um líquido de
viscosidade (H2O, Etanol, NaCl e Sacarose). A equação nos permite determinar a viscosidade
relativa do líquido.

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Relatório viscosidade

  • 1. 2 1. INTRODUÇÃO A determinação do massa específica e do coeficiente de viscosidade dos líquidos é de fundamental importância para o mundo petrolífero, pois cada tipo de substância vai agir de maneira diferente em uma tubulação, por exemplo. A viscosidade de um fluido depende consideravelmente das condições de temperatura e pressão. Levando em conta a pressão e temperatura ambiente, a viscosidade a depender é inversamente proporcional a densidade do fluido, não que isso seja sempre, pois submetendo o fluido a pressões elevadas pode ocorrer de a densidade ser diretamente proporcional à viscosidade. A viscosidade atua num fluido como força dissipativa atuando contra o movimento do líquido em uma tubulação, isso quer dizer que quanto maior a viscosidade de um corpo, mais difícil será escoá-lo. A unidade que se expressa à densidade no SI (Sistema Internacional), é o kg/m³ ou também o g/cm³. Relaciona a massa de um corpo presente num determinado recipiente com o volume do mesmo. Já a viscosidade é relativa, isso quer dizer que é adimensional (não apresenta unidade de medida), relaciona a viscosidade absoluta do líquido que deseja com um líquido de referência que nesse caso é a água com uma massa específica de 1000kg/m³ ou de 1 g/cm³. Caso a utilização seja de um gás, utiliza-se o ar como referência. Através do laboratório foi possível calcular a viscosidade de determinadas substâncias usando o Viscosímetro de Ostwald e a densidade pôde ser calculada através do uso de um Picnômetro de 50 ml.
  • 2. 3 2. OBJETIVOS Determinar o coeficiente de viscosidade de alguns líquidos a temperatura ambiente, utilizando o viscosímetro de Ostwald, e a densidade, utilizando o picnômetro. 3. REVISÃO DA LITERATURA A viscosidade é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura, sendo assim quanto maior for a viscosidade do líquido, menor o escoamento. A viscosidade de um líquido surge das forças entre as moléculas, pois quando as interações são fortes elas mantêm as moléculas unidas e restringem seu movimento, aumentando a viscosidade e dificultando o escoamento (Atikins, 2007). A viscosidade de um líquido mede a resistência interna oferecida ao movimento relativo das diferentes partes desse líquido (resistência ao fluxo). Conhecer e controlar essa propriedade é muito importante na formulação e preparação de emulsões, cremes, géis, soluções etc. (VILLETTI, 2010) Na indústria de petrolífera é importantíssimo conhecer a viscosidade do petróleo que está sendo produzido, pois em alto mar a temperatura no solo marinho chega a 4º C além da pressão exercida pela coluna de água, devido a isso o fluido pode obstruir a passagem do óleo devido às diferenças de pressão e temperatura a medida que o óleo vai subindo. Nesse contexto, os fluidos (líquidos e gases) mais viscosos também seriam os mais densos, como se houvesse uma relação de proporcionalidade entre essas duas propriedades. Na prática, fluidos com viscosidades diferentes podem apresentar densidades tanto similares quanto diferentes. Esse fato ocorre porque essas propriedades não dependem unicamente das
  • 3. 4 forças entre as partículas, senão de uma combinação de fatores, entre os quais, o tamanho, a forma e a massa destas (Vaz, 2012) Se tratando de viscosidade e densidade, relaciona-se a vazão de um determinado fluido que na produção de petróleo é essencial, pois como as jazidas de óleo encontram-se a muitos metros abaixo do nível do mar é necessário que o fluido consiga alcançar seu objetivo e para isso a vazão deve suprir as diferenças de pressões, devido a isto muitas tubulações apresentam revestimentos que evitam a troca de calor com o meio externo favorecendo a vazão e diminuindo as forças dissipativas dentro do tubo, que no caso é a viscosidade. A viscosidade pode ser encontrada através do viscosímetro de Ostwald onde podemos achar o coeficiente de viscosidade a partir de uma substância padrão. Sendo assim as medidas de viscosidade são comparadas com o tempo de vazão de um líquido de viscosidade conhecida, que normalmente é a água, e do líquido cuja viscosidade se deseja determinar. Na equação abaixo através da viscosidade desconhecida e viscosidade do líquido padrão podemos encontrar a viscosidade relativa do líquido: 𝐫𝐞𝐥 = 𝟏 𝟐 = 𝒅𝟏𝒕𝟏 𝒅𝟐𝒕𝟐 Fórmula 1: Densidade Relativa Onde:  - coeficiente de viscosidade dinâmica d - massa específica t - é o tempo de escoamento de igual volume dos líquidos A viscosidade relativa é uma quantidade adimensional, pois se refere à razão entre dois valores da mesma grandeza física; e que no caso, trata-se da massa específica.
  • 4. 5 4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 4.1 MATERIAIS: 4.1.1 Vidrarias:  01 Béquer;  01 Cronômetro;  01 Garra metálica ;  01 Picnômetro ou densímetro;  01 Pipeta de 10 ml;  01 Suporte metálico;  01 Suporte universal;  01 Viscosímetro de ostwald. 4.1.2 Reagentes:  Água destilada;  Álcool etílico;  Solução de NaCl (10% p/v);  Solução de Sacarose (10% p/v). 4.1.3 Equipamentos:  Balança de precisão.
  • 5. 6 4.2 METODOLOGIA EXPERIMENTAL O procedimento experimental para a obtenção da viscosidade e da densidade das substâncias citados no item 4.1, são adquiridos através de dois processos, viscosímetro de Ostwald para a determinação da viscosidade e o Picnômetro para o cálculo da massa da substância desejada, com a utilização da fórmula (d=m/v) pode-se calcular suas respectivas densidades. Através do viscosímetro e portando um cronômetro pode-se calcular o tempo em que cada substância leva para percorrer um volume, feito a média, e com o cálculo das densidades em mãos é só calcular a viscosidade relativa através da fórmula presente na Fómula 01. 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES A partir das medidas experimentais dos tempos de escoamento pelo tubo capilar é possível determinar o coeficiente de viscosidade (Figura 1) da água, etanol, NaCl e sacarose. A densidade absoluta ou massa volumétrica define-se como a propriedade da matéria correspondente à massa por volume, ou seja, a proporção existente entre a massa de um corpo e seu volume. Desta forma pode-se dizer que a massa volumétrica mede o grau de concentração de massa em determinado volume. A densidade relativa é a razão entre as densidades absolutas de duas substâncias, por exemplo: onde normalmente a água é utilizada como substância padrão, pela conveniência da sua densidade (= 1,00 g/cm³). Para determinar a densidade relativa de matérias (líquido - líquido) utilizou a técnica de picnometria, sendo o picnômetro o aparelho usado neste processo.
  • 6. 7 Com os dados obtidos experimentalmente, construiu-se as Tabelas 1 e 2: Substância Tempo 1 (s) Tempo 2 (s) Tempo 3 (s) Tempo Médio (s) Viscosidade Relativa H2O 75,91 76,3 76,3 76,2 1,00 Etanol 156,2 149,9 151,6 152,7 0,10 NaCl 87 89,5 92 89,5 0,50 Sacarose 91,6 94 94 93,2 0,66 Tabela 1: Valores de Tempo de Escoamento Visto que em cada medida (Tempo 1, Tempo 2 e Tempo 3) correspondente a 3 amostras de uma mesma substância, obtivemos dados cronometrados referentes ao tempo necessário para que as substâncias escorram entre o menisco superior e o inferior, sendo calculado sua média (segundos). Para uma determinação simples de coeficiente de viscosidade. Neste caso as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo de vazão de um líquido de viscosidade (H2O, Etanol, NaCl e Sacarose). A equação nos permite determinar a viscosidade relativa do líquido.
  • 7. 8 Onde: d1= massa especifica, t1= t2= tempo d2= densidade da substância Obtivemos para cada líquido: H2O (d1x t1)/(d2 x t2) NaCl (d1x t1)/(d2 x t2) (1 x 76,2)/(1 x 76,2) (1,10 x 89,5)/(1,10 x 89,5) 1 0,50 Etanol(d1x t1)/(d2 x t2) Sacarose (d1x t1)/(d2 x t2) (0,81 x 152,7)/(7,89 x 152,7) (1,06 x 93,2)/(1,59 x 93,2) 0,10 0,66 Através da formula (d = m/V) podemos obter o valor da densidade do líquido naquela temperatura (22º C). Onde: V = 50 ml Com apesagem do picnômetro vazio e com solução para cada substância (Tabela 2), obteve:
  • 8. 9 Tabela 2: Valores obtidos no experimento Descontando a massa obtida pelo picnômetro vazio dopicnômetro com solução, obtivemos a densidade: H2O: d = m/V NaCl: d = m/V d = (90,77-38,74)/50 = 1,00 g/cm³ d = (94-38,75)/50 = 1,10 g/cm³ Etanol: d = m/V Sacarose: d = m/V d = (79,5-38,74)/50= 0,81 g/cm³ d = (92,2-38,74)/50 = 1,06 g/cm³ 5.1 QUESTIONÁRIO 1) Determinar a viscosidade à relativa água para as soluções utilizadas neste experimento nas condições de temperatura da experiência, pelo método de otswald. (compare com os dados da literatura. R.: (d1*t1) / (d2*t2) - > (1*1.76,2) / (1*76,2) = 1. Pôde-se observar que ao comparar com a literatura obtivemos o mesmo resultado, pois mantivemos como padrão a densidade Líquido Massa do picnômetro vazio (g) Massa picnômetro + solução (g) Densidade (g/cm³) H2O 38,65 90,77 1,00 Etanol 38,74 79,5 0,81 NaCl 38,75 94 1,10 Sacarose 38,74 92,2 1,06
  • 9. 10 calculada através do picnômetro auxiliando assim no cálculo da viscosidade relativa da água que sempre dará 1g/cm³. 2) Procure na literatura o significado dos termos extrussibilidade, compressibilidade, ductibilidade, espalhabilidade, e dê exemplos que ilustrem que entramos em contato no dia-a- dia com essas propriedades. Extrussibilidade: corresponde ao processo de forçar uma massa semi-sólida através de um septo furado ou de um orifício. Ex.: forçar a saída do creme dental. Compressibilidade: propriedade dos corpos que, sob a ação de uma pressão aplicada uniformemente a sua superfície, diminuem de volume. Ex.: obtenção de comprimidos a partir de pós ou granulados. Ductibilidade: propriedade esta associada à formação de fios quando sistemas semi-sólidos são espichados, como é o caso da vaselina sólida. Ex.: quando retiramos o creme contido dentro de um pote. Espalhabilidade: quando um corpo semi-sólido ou líquido espalha-se, sob aplicação de uma força, sobre uma superfície sólida. Ex.: aplicação de pomadas sobre a pele. 3) A tixotropia é uma propriedade importante em formas farmacêuticas. Procure o significado dessa propriedade. É uma propriedade importante, pois se trata de um fenômeno que apresentam certos líquidos cuja viscosidade diminui quando são agitados, ou seja, mantém o medicamento mais consistente quando encontra-se em repouso porém, quando o medicamento é agitado produz elevada fluidez.
  • 10. 11 4) Procure na literatura: a) a relação da viscosidade de líquidos com a temperatura. Para uma molécula se deslocar em um líquido, ela deve adquirir uma energia para escapar das moléculas vizinhas. Com o aumento da temperatura, a mobilidade das moléculas no líquido aumenta, fazendo o líquido ficar mais fluido. Assim, a viscosidade é inversamente proporcional à temperatura. b) para um líquido puro, qual a relação entre a viscosidade e as forças intermoleculares? Quanto maiores forem as forças intermoleculares, maior será a viscosidade e menor será a tendência do líquido para fluir. 6) O que significa o termo tensão de cisalhamento? A variação de deslocamento (V) em função da altura das camadas moleculares (r). As forças F aplicadas por uma unidade de área A necessária para iniciar o fluxo de uma camada molecular sobre a outra é chamada força de cisalhamento ou tensão de empuxo. 7) A viscosidade de soluções de macromoléculas (polímeros) varia com a concentração da solução. Estudos da dependência da viscosidade com a concentração de sol. poliméricas são muito significantes, pois através deles é possível obter-se informações relativas a forma ou hidratação do polímero no solvente e também sobre seu peso molecular médio. Defina os seguintes termos, utilizados para expressar a viscosidade de sol. Poliméricas: a) Viscosidade relativa: É a razão da viscosidade da solução pela viscosidade do solvente puro.
  • 11. 12 b) Viscosidade reduzida: Usa-se esta viscosidade quando a solução tem comportamento ideal Independente da concentração. c) Viscosidade específica: É a viscosidade relativa diminuída em uma unidade. d) Viscosidade intrínseca: Para soluções reais, a viscosidade reduzida varia com a concentração devido a interações moleculares. Usualmente, extrapola-se de um gráfico de (viscosidade específica) / C x concentração e o valor para C = 0 é a viscosidade intrínseca. 8) Identificar as possíveis causas/ fontes de erros deste experimento. R.: O primeiro possível erro é durante o cálculo do tempo que os fluidos escoaram no viscosímetro de Ostwald, pois como a cada vez que calculamos o tempo obtivemos um tempo diferente assim utilizando a média, não podemos obter um cálculo preciso. O segundo erro possível pode ter sido na leitura das massas dos fluidos no picnômetro, pois a partir da segunda pesagem resíduos da substância anterior podem ter ficado na vidraçaria e influenciado um pouco seu valor, pois ao pesar o Picnômetro vazio obtivemos valores diferentes. 6. CONCLUSÃO Com base ao longo do experimento, observa-se que há substâncias com índice de escoamento maior que outras, devido a viscosidade. Quanto maior for a viscosidade do liquido, maior será seu tempo de escoamento, como no caso do etanol e a sacarose, o tempo gasto para o escoamento foi maior.
  • 12. 13 Na utilização do picnômetro para determinação da densidade dos líquidos, pode-se visualizar que a maior densidade obtida foi a de NaCl, devido a sua massa ser maior que a das outras substâncias. Conclui-se que quanto maior a massa da substância maior será sua densidade que em temperaturas ambientes dificultará o escoamento dos fluidos. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINS, P.; JONES L. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3ª ed. Porte Alegre: Bookman, 2007. MEI, L. H. I., “Determinação da massa molar viscosimétrica (Mv)”. Disponível em: http://www.fapi.br/conteudo/conteudo_programatico/farmacia /cpspdeterminacao_da_massa_molar_viscosimetrica-jucimara.pdf. Acessado em 14 de maio de 2011. TAVARES, R. “Apostila de práticas – Físico-Química”. Universidade Federal do Ceará. Disponível em: http://www.labufc.com.br/arqs/Apostila_FQII.pdf. Acessado em 10 de maio de 2011. Vaz, E. L.; Acciari, H. A.; Assis, A.; Codaro E. N. Uma Experiência Didática sobre Viscosidade e Densidade. São Paulo, 2012. VILLETTI, M. A., “Determinação do Coeficiente de viscosidade pelo Viscosímetro de Oswald”. Documento eletrônico disponível em . Acessado em 20 de abril de 2010.