Leq 1 G1

Instituto Superior de Engenharia do Porto

Laboratrio de Engenharia Qumica

Engenharia Qumica

Determinao da relao entre a Viscosidade Dinmica de um lquido e a Temperatura

Nome: Vera Pereira N 990542 Data trabalho: 26/02/2002 Data de entrega: 05/03/2002

Determinao da relao entre a viscosidade dinmica de um lquido e a temperatura

Sumrio: Este trabalho prtico, teve por objectivo, determinar as constantes C e D, da relao emprica: = C e D/T, para o etanol. Esta relao emprica permitiu-nos relacionar a viscosidade com a temperatura. Para tal, utilizou-se o Viscosimetro de Hoppler, marca Haake, baseado na frmula de Stokes.

O trabalho exprimental consistiu essencialmente na medio dos tempos de queda de uma esfera de vidro a diferentes temperaturas.

Por anlise grfica, e tendo em conta a equao da recta traada, determinaram-se as constantes C e D. Sendo assim, as constantes obtidas foram: C= 0.00258 mPa.s e D= 1866.2 mPa.s.K A expresso que relaciona a viscosidade dinmica do etanol com a temperatura a seguinte:

= 0.00258 e1866.2/T

Para uma temperatura absoluta de 293 K o valor da viscosidade dinmica do etanol de 1.50 mPa.s . O valor tabelado para este composto mesma temperatura de 1.20 mPa.s. O erro relativo associado ao valor experimental de 25 %.

Laboratrio de Engenharia Qumica 2


ndice: Introduo terica 4 Material e reagentes 5 Esquema de montagem 5 Procedimento experimental 6 Resultados experimentais/ calculados: - Tabelas 6 - Grfico 7 Discusso de resultados 9 Concluso 9

Bibliografia 10



Introduo terica: A propriedade em estudo, a viscosidade, est relacionada com a resistncia deformao dos fludos quando em movimento; no se manifesta se o fludo se encontrar em repouso. As aces da viscosidade representam uma forma de atrito interno, exercendo-se entre partculas contguas que se deslocam com velocidades diferentes. A determinao dos coeficientes de viscosidade, faz-se para aplicaes industriais com o auxlio de viscosmetros. Estes, so aparelhos em que se determina geralmente o tempo que um certo volume de lquido demora a escoar-se por um orifcio ou tubo capilar, ou o volume escoado num intervalo de tempo determinado. Outros mtodos de medio da viscosidade podem consistir na resistncia oferecida ao movimento de rotao de um disco ou cilindro, ou tambm na anlise de queda de uma esfera num meio viscoso. Este ltimo mtodo descrito foi o utilizado neste trabalho. Determina-se a velocidade limite da queda de uma partcula esfrica e calcula-se a viscosidade do fludo aplicando a lei de Stokes, segundo a qual:

= F / (6rv) = (m m0) * g / (6rv) Medindo-se a velocidade de queda das esferas, de raio r e de massa m conhecidas, a viscosidade pode ser calculada desde que a fora seja igual a (m m0) * g, onde m0 a massa do lquido deslocado pela esfera. Na tabela 1 podem observar-se as viscosidades de alguns lquidos, para uma temperatura de 20C.

Substncia * 103 (Nsm-2) ter-dietlico 0.233

Benzeno 0.652 gua 1.01 Etanol 1.20

Etileno glicol 19.9 cido sulfrico 25.4

Glicerol 490 Tab.1 Quadro referente viscosidade de alguns lquidos ( T= 20C)



Tal como outras propriedades dos fludos, tambm a viscosidade uma propriedade que varia com a temperatura. No caso dos lquidos a viscosidade diminui com o aumento das temperaturas, o que se pode verificar atravs da anlise da tabela 2.

Temperatura Viscosidade Cinemtica Viscosidade Dinmica C m2/s centistokes N.s/m2 Kgf.s/m2 centipoise0 1.78x10-6 1.78 1.78x10-

3 181x10-6 1.78

4 1.56x10-6 1.56 1.56x10-3

159x10-6 1.56

10 1.31x10-6 1.31 1.31x10-3

134x10-6 1.31

20 1.01x10-6 1.01 1.01x10-3

103x10-6 1.01

30 0.81x10-6 0.81 0.81x10-3

82x10-6 0.81

40 0.66x10-6 0.66 0.66x10-3

67x10-6 0.66

50 0.56x10-6 0.56 0.55x10-3

56x10-6 0.55

60 0.47x10-6 0.47 0.47x10-3

48x10-6 0.47

80 0.36x10-6 0.36 0.35x10-3

36x10-6 0.35

100 0.28x10-6 0.28 0.27x10-3

28x10-6 0.27

Tab.2- Viscosidades da gua a diferentes temperaturas.



Material e Reagentes: - Viscosmetro de queda de esfera segundo Hoppler marca Haake - Cronmetro - Acessrios para recolha de esferas - Gobel de 25 mL - Proveta de 50 mL - Etanol Esquema de montagem:



Procedimento experimental: O procedimento experimental foi o proposto pelo protocolo sem quaisquer alteraes. Resultados Experimentais/ Calculados: Tabela 1: Leituras dos tempos de queda da esfera

Tempo de queda (s) T ( C) 1 2

Tempo mdio de queda (s)

24.7 135.85 134.59 135.22 29.7 122.00 122.62 122.31 34.7 111.88 111.50 111.69 39.7 102.69 102.40 102.55 44.7 92.32 92.18 92.25 49.7 82.23 82.03 82.13 54.7 76.94 77.01 76.98

Clculo da viscosidade dinmica (): = K ( 1 - 2 ) t

K constante (mPa.s-cm-3 g-1s-1) 1 Massa volmica da esfera (gcm-3) 2 Massa volmica do liquido problema (gcm-3) t - Tempo de queda da esfera (s) k = 0.00707 mPa.s-cm-3 g-1s-1 1 = 2.218 gcm-3 2 = 0.806 gcm-3



Tabela 2: Dados necessrios para traar a recta Temperatura (K) Viscosidade

dinmica (mPa.s)Log

(mPa.s) 1/T

(1/K) 297.7 1.353 0.1313 0.00336 302.7 1.224 0.08778 0.00330 307.7 1.117 0.04805 0.00325 312.7 1.026 0.01115 0.00320 317.7 0.9229 -0.03485 0.00315 322.7 0.8216 -0.08534 0.00310 327.7 0.7701 -0.1135 0.00305

Tal como era de prever, com o aumento da temperatura verifica-se uma diminuio da viscosidade dinmica do etanol. Grfico n1 Grfico referente relao entre a viscosidade do etanol e a temperatura:

0 .

0 .

0 .

-0

0 .

- 1 5

.1

-0 .0 5

0

05

1

15

0 .0 03 0 .0 03 05

0 .0 0 31 0 .0 0 315

0 .0 0 3 2 0 .0 03 25

0 .0 0 33 0 .0 0 335

0 .0 0 3 4

1 / T

log(

)



Da equao da recta vem que: r = 0.9984 b = 810.5242 a = -2.5883 Sabendo que: Log u = Log C + (0.4343 D) /T Por analogia: y = Log u a = Log C C = 0.00258 mPa.s b = 0.4343 D D = 1866.3 mPa.s.K Sendo assim, a expresso que relaciona a viscosidade dinmica do etanol com a temperatura :

= 0.00258 e1866.3/T



Discusso de resultados:

Aps a realizao do trabalho, pudemos concluir que a viscosidade do etanol, diminui com o aumento da temperatura. Este era o resultado previsto dado que nos lquidos a causa predominante para a viscosidade dinmica so as foras de atraco intermoleculares. Se com a elevao da temperatura estas foras diminuem, a viscosidade ir tambm diminuir. Obtidas as constantes empricas, respectiva ente, 0.00258 mPa.s e 1886.2mPa.s.K e para uma temperatura absoluta valor um valor de igual a 1.50 mPa.s, sendo o valmesma temperatura de 1.20 mPa.s. Comparando estes dois valores entre si e relativo que est associado ao valor experimental,

relativo =

Valor terico Valor exprimen

Valor terico Verificamos ento que este erro relativo baos vrios factores que podero ter contribudo parexemplo, a mudaninfluenciar significainterior da coluna. queda da esfera, o que leva a um aumento do vaque estas duas grandezas so directamente proporc Este factor poderia ser parcial ou, at mesmose isolasse as juntas do viscosmetro com uma fitimpedir-se-ia a entrada de ar.

Laboratrio de Engenharia Qumica m

de 293 K, obteve-se um or terico para o etanol

calculando o respectivo obtivemos assim:

x 100 = 25% tal

stante elevado. De entre a uma fonte de erro (por

actores que poderia mao de bolhas no mento do tempo de a do experimentador), um dos ftivamente os resultados, era a forEste fenmeno implica um retardalor da viscosidade, dado ionais, = K(1 - 2) t

, totalmente eliminado se a de teflon. Deste modo

10



Concluso: Os valores obtidos para as constantes C e D, so respectivamente

0.00258 mPa.s e 1866.2 mPa.s.K . A relao entre a viscosidade dinmica e a temperatura ento:

= 0.00258 e 1866.2/T

Para uma temperatura absoluta de 293 K, obteve-se um valor um valor de viscosidade igual a 1.50 mPa.s, sendo o valor terico de viscosidade para a mesma temperatura de 1.20 mPa.s. O erro relativo associado ao resultado experimental de 25%.

Bibliografia:

Moore, W.J. Fsica-Qumica, Volumes 1 e 2, 4 edio, Editora Edgar Blcher Lda, Editora da Universidade de S.Paulo, 1976 Barbosa, J. Novais Mecnica dos fluidos e hidrulica geral, Volume I, Porto Editora Coulson, J.M. Tecnologia Qumica, Volume III, Fundao Calouste Gulbenkian, Lisboa

Leq 1 G1

Documents

Transcript of Leq 1 G1