Viscosímetros (ou viscômetro) PDF

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Summary

Trabalho feito na disciplina de Fisico-Quimica II sobre os tipos de viscosimetros. O viscosímetro, também de chamado de viscómetro ou viscômetro, é um equipamento utilizado para medir a viscosidade dos fluidos. Para líquidos com viscosidades que variam com as condições de fluxo, um instrumento chama...

Description

Viscosímetros  Introdução A viscosidade pode ser pensada como o atrito interno do líquido, ou a sua tendência para resistir a fluir, sendo comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento. Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade. A viscosidade é, portanto, uma propriedade importante dos fluidos. É uma preocupação fundamental em lubrificantes, tintas, bebidas, e em qualquer caso em que um líquido precise ser transferido, agitado ou manipulado. O viscosímetro, também de chamado de viscómetro ou viscômetro, é um equipamento utilizado para medir a viscosidade dos fluidos. Para líquidos com viscosidades que variam com as condições de fluxo, um instrumento chamado reômetro é utilizado. Viscosímetros medem somente sob uma condição de fluxo. A seguir vemos 3 tipos de viscosímetros: Viscosímetro capilar, Viscosímetro de Höppler e Viscosímetro rotatório. 1) Viscosímetro Capilar

Um viscosímetro capilar é um instrumento utilizado para medir a viscosidade ou espessura de um líquido, medindo o tempo que o líquido leva para fluir através de um tubo de pequeno diâmetro, chamado de tubo capilar. O tempo de passagem do fluxo é diretamente proporcional à viscosidade cinemática do líquido, e ambos podem ser convertidos diretamente para viscosidade pelo uso de um fator de conversão único para cada instrumento. A viscosidade é geralmente dependente da temperatura, de modo que o viscosímetro capilar é usado em um banho de imersão em água com temperatura específica bem definida. No viscosímetro de Ostwald, o fluido, armazenado em um reservatório, escoa por um tubo em forma de U, devido ao seu peso, e entra em um bulbo na outra extremidade. A saída do reservatório possui um tubo de pequena espessura (capilar), de forma a garantir que o escoamento seja laminar, para que possa ser aplicada a equação de Hagen–Poiseuille. O tubo capilar é graduado de forma a poder-se medir o tempo de escoamento, que depende da viscosidade cinemática do líquido. A função do bulbo é manter a pressão hidrostática constante. Esse medidor só pode ser usado com fluidos transparentes. O viscosímetro de Ostwald baseia-se na observação do tempo gasto para o líquido fluir sob a influência da gravidade através de um tubo capilar de raio e comprimentos conhecidos, escoando de um reservatório superior de volume definido para um segundo reservatório inferior. O coeficiente de viscosidade nesse caso é determinado através da equação de Poiseuille:

η=

π r 4 ρgh t 8 Vl

Onde: � é o raio do capilar; � é a aceleração da gravidade; ℎ é a diferença de altura entre as superfícies do líquido nos reservatórios superior e inferior; � é a densidade do líquido; � é o tempo gasto para o líquido fluir através do tubo capilar entre os dois reservatórios; � é o volume do reservatório superior e �é o comprimento do tubo capilar.

A determinação da constante do viscosímetro se faz medindo-se o intervalo de tempo de um líquido que se conheça previamente a sua viscosidade dinâmica ou cinemática (calibração do viscosímetro). Tendo-se K, como ele só depende de fatores geométricos do viscosímetro, ele pode ser utilizado para a obtenção de valores de viscosidade de outros fluidos. K é chamada de constante do viscosímetro:

K=

π r 4 gh 8 Vl

A viscosidade do líquido, então, pode ser escrita na forma:

η=Kρt Onde:  é a viscosidade do liquido, K é a constante do viscosímetro,  é a densidade do líquido e t é o intervalo de tempo do escoamento. No caso do viscosímetro capilar, todas as grandezas que acompanham o intervalo de tempo (∆t) é reunida numa constante (K) fornecida pelo fabricante.

v =K . ∆t Ou seja, o conhecimento da constante do viscosímetro e a determinação do tempo de escoamento permite calcular a viscosidade cinemática do líquido. 

Aplicação farmacêutica:

Na indústria farmacêutica, medidas de viscosidade são utilizadas na identificação e determinação do grau de pureza de algumas matérias-primas, assim como na determinação da qualidade de diversos produtos. Para matérias-primas, uma vez que são sistemas newtonianos, fluido cja viscosidade ou atrito interno é constante para diferentes taxas de cisalhamento e não variam com o tempo, as medidas são realizadas com viscosímetros capilares, em geral, no laboratório de controle químico de qualidade. Nos produtos, as medidas são feitas na linha de produção com viscosímetros rotacionais 2) Viscosímetro de Höppler O viscosímetro de queda de bola baseia-se no sistema de medida Höppler. Mede o tempo no que uma esfera sólida precisa para percorrer uma distância entre dois pontos de referência dentro de um tubo inclinado com amostra. Os resultados obtidos determinam-se como viscosidade dinâmica na medida estandardizada no Sistema Internacional (mPa.s). É determinada a viscosidade de líquidos Newtonianos e gases (com uma bola especial para gases), com precisão. A medida de viscosidade no viscosímetro Höppler está relacionada com o tempo de queda de uma esfera dentro de um tubo cilíndrico um pouco inclinado. Possui uma grande amplitude de medições de viscosidades, desde bem baixas, como o de gases, até soluções bem viscosas, como óleos minerais, podem ser medidas bastando apenas mudar o tipo de esfera. O corpo do viscosímetro é composto de uma camisa de termoestatização, o tubo de medição e um termômetro de precisão (que fica no líquido de circulação entre o tubo e a camisa de termoestatização) o corpo do viscosímetro é preso por um eixo e possuem dois pontos de travamento, o que permite fazer medidas simultâneas sem a necessidade de recolocação da esfera na posição inicial em que foi feita a primeira medida. O cálculo da viscosidade é dado por:

η=B ( ρ p −ρf ) Δt

Onde:  é a viscosidade do fluido; B é constante da esfera, tabelada pelo fabricante; é a densidade da partícula; ρf é a densidade do fluido; Δt é o intervalo de tempo de queda entre as marcas.

ρg

Aplicação farmacêutica:



A técnica é utilizada industrialmente para checar a viscosidade de fluidos utilizados nos processos, tais como diversos tipos de óleos e polímeros líquidos. Entre suas aplicações figuram a investigação, o controle de processos e o controle de qualidade. Exemplos: - Indústria de azeites minerais (azeites, líquidos hidrocarbonos) - Indústria alimentícia (soluções de açúcar, mel, cerveja, leite, gelatina, sucos de frutas) - Indústria química (soluções de polímeros, disolventes, soluções de resinas, soluções adesivas) - Indústria Cosmética/Farmacêutica (matérias primas, glicerina, emulsiones, suspensões, soluções, estratos) - Indústria petroleira (cru, azeite para máquinas, petróleo) - Combustíveis (petróleo, azeite diesel e parafina) - Indústria papeleira (emulsiones, aditivos do papel) - Pinturas e vernizes (tintas para impressão, vernizes, aquarelas, tintas) - Detergentes 3) Viscosímetro rotatório Os viscosímetros de rotação do tipo Brookfield ou Lamy Rheology são constituídos por um elemento rotante de forma cilíndrica ou em disco, inserido em um recipiente cilíndrico contendo o fluido do qual se deseja medir a viscosidade. É exercido um torque no elemento rotante para colocá-lo em movimento. Mede-se então o torque necessário para se chegar a uma determinada velocidade de rotação, e este torque é dependente da viscosidade do fluido. Já em viscosímetros do tipo Couette, o recipiente cilíndrico rotaciona a uma determinada velocidade angular enquanto que o cilindro interno é mantido fixo e imerso no fluido. Mede-se a força necessária para manter o cilindro interno parado; a partir da medida desta força, consegue-se determinar a viscosidade do fluido. Estes viscosímetros são de difícil adaptação ao controle de processos industriais. Observando que variando-se Ω

γ=

(velocidade angular), varia também v:

dv ∝Ω dr

τ ∝T Podemos então calcular

τ =−η

η medindo τ:

dv dr

Então, variando Ω e medindo Τ, obtém-se η. 

Aplicação farmacêutica:

Viscosímetro rotativo analógico é amplamente utilizado para medir viscosidade de graxas, tintas, rações, medicamentos, óleos, cosméticos, plásticos, alimentos, argilas, matérias primas, colas e outros fluídos. Nessas medições a termostatização das amostras é essencial.

 Bibliografia: BRANCO, Renata. Características de um viscosímetro capilar. Disponível em: (Acesso em 13/07/2018).

NOGUEIRA,Sonia. et.al. Experimentos sobre viscosidade para o curso de farmácia. Disponível em: (Acesso em: 13/07/2018). Quantotec. Viscosimetro Höppler de queda de bola. Disponível em: < http://www.quantotec. com/pt/Visco-bola.htm> (Acesso em: 13/07/2018)....