modulo 6 Viscosímetro de Stokes FT

Módulo 06 - VISCOSÍMETRO DE STOKES
Viscosímetros são instrumentos utilizados para medir a
viscosidade de líquidos. Eles podem ser classificados em dois grupos:
primário e secundário.
No grupo primário enquadram-se os instrumentos que realizam uma
medida direta da tensão e da taxa de deformação da amostra de fluido.
Os viscosímetros do grupo secundário inferem a razão
entre a tensão aplicada e a taxa de deformação por meios indiretos, isto
é, sem medir a tensão e deformação diretamente. Nesta categoria podese citar o viscosímetro capilar onde a viscosidade é obtida por meio da
medida do gradiente de pressão e o viscosímetro de Stokes onde ela é
determinada pelo tempo de queda livre de uma esfera,.
No viscosímetro de Stokes as variáveis: g, D, ρs, ρf e V são,
respectivamente, a aceleração da gravidade, o diâmetro da esfera, a
densidade da esfera, a densidade do fluido e a velocidade terminal de
queda livre, isto é, a razão entre a distância L e o intervalo de tempo ∆t.
Esta relação aplica-se somente para esferas em queda livre em meio
infinito com Reynolds menores do que 1.
O custo do viscosímetro de Stokes é relativamente baixo mas,
entretanto, necessita de maior volume de fluido e só trabalha com
líquidos translúcidos.
VISCOSÍMETRO DE STOKES
O princípio operacional do viscosímetro de Stokes baseia-se na
determinação da velocidade de queda livre de uma esfera através do
fluido do qual se deseja obter a viscosidade. A Figura ilustra as forças
envolvidas no processo.
ARRASTO
EMPUXO
VISCOSÍMETRO de Stokes
Permite calcular a viscosidade absoluta á partir da medição da
velocidade de descida de uma esfera num fluido contido por um
tubo vertical.
Viscosímetro de Stokes
Resumo Teórico: A descida da esfera em contato com fluido é
submetida as seguintes forças:
Fvis cos a
E
Esfera
R
mesf g
Onde: Fvis cos a = força de resistente aplicada pelo fluido ao
movimento da esfera;
Fvis cos a = 6 µπVR =
E = força empuxo; E = ρ fluido g∀
mesfera g = força peso da esfera
Aplicando-se a condição de equilíbrio dinâmico, isto é, movimento
com velocidade constante, tem-se:
mesfera g = 6 µπVR + ρ fluido g∀ sendo V a velocidade de descida da
esfera e
4
∀ = πR 3 o volume da esfera
3
Assim sendo, a viscosidade absoluta pode ser dada por:
4πR 3
mesf g − ρ fluido g
3
µ=
6πVr
1º EXERCICIO RESOLVIDO Durante a realização do
experimento chamado viscosímetro de Stokes, a esfera ao descer
com velocidade constante, sofreu o empuxo de 0,003 N e força de
resistência viscosa de 0,005 N. Calcular a massa da esfera em g.
mg = E + Fresistencia
m=
E + Fresistencia 0,003 + 0,005
=
= 0,0008kg = 0,8 g
g
10
1º EXERCICIO A SER RESOLVIDO Sabe-se que a força
viscosa em N que atua sobre uma esfera durante a sua descida no
interior de um viscosímetro de Stokes é dada pela equação:
F= 0,01 V onde V é velocidade em m/s. A massa da esfera é de
2,0 g e o empuxo 0,01 N. Calcular o tempo em s para esfera
percorrer 20 cm.
2º EXERCICIO A SER RESOLVIDO
Com relação a experiência denominada Viscosímetro de Stokes, ao
utilizar glicerina conclui-se que:
a - as duas únicas forças que agem durante a queda da esfera
no fluído objeto do ensaio são a força peso e a força empuxo.
b- a força de resistência viscosa aplicada ao movimento da queda
da esfera no fluido objeto de ensaio não é importante.
c- devido a uma viscosidade razoavelmente grande apresentada
pela glicerina a velocidade de descida da esfera é
razoavelmente grande também.
d- Viscosímetro de Stokes é uma forma eficaz de medir pequenas
viscosidades.
e- a medição da velocidade deve ser feita quando a condição de
equilíbrio dinâmico é estabelecida, isto é, a resultante das forças
é nula.
O isopor é um produto sintético
proveniente do petróleo quimicamente constituído pelos elementos
químicos carbono e hidrogênio, portanto sem nenhum produto
tóxico perigoso para o meio ambiente ou a camada de ozônio
embora possa levar 150 anos para ser degradado. A sua massa
especifica é muito baixa ficando na ordem de 40 kg/m³. Uma
esfera maciça de isopor com diâmetro 1,2 mm é abandonada á
partir do fundo de uma piscina com água ( massa especifica 1000
kg/m³) e o tempo medido para chegar a superfície é de 12s. Pedese determinar a massa da esfera de isopor
3º EXERCICIO A SER RESOLVIDO
O isopor é um produto sintético
proveniente do petróleo quimicamente constituído pelos elementos
químicos carbono e hidrogênio, portanto sem nenhum produto
tóxico perigoso para o meio ambiente ou a camada de ozônio
embora possa levar 150 anos para ser degradado. A sua massa
especifica é muito baixa ficando na ordem de 40 kg/m³. Uma
esfera maciça de isopor com diâmetro 1,2 mm é abandonada á
partir do fundo de uma piscina com água ( massa especifica 1000
kg/m³) e o tempo medido para chegar a superfície é de 12s. Pedese determinar o empuxo da esfera de isopor
4º EXERCICIO A SER RESOLVIDO