Testes de bancada

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Vídeo - Porque e como medir.

Resultados e discussões

          Bem. Com o fim da análise do projeto pudemos perceber que o mesmo foi idealizado pelos projetistas com um fim didático, partindo do princípio que o modelo atual tem capacidades limitadas para medir viscosidades até 20 vezes maiores que a da água. Contudo todo projeto é aprimorável, e essa ideia da construção de um viscosímetro é muito relevante para a realidade dos estudantes pois sabe-se que um viscosímetro de "baixo custo" hoje custa, em média, 20 mil reais. 

          Sendo assim, após observação dos testes com o protótipo na bancada foi possível concluir que o viscosímetro é sobretudo um instrumento para testes rápidos e novamente para fins didáticos. 

As fotos do protótipo e banner de apresentação se encontram na sessão multimídia.

Funcionamento

Conforme observado na bancada do seminário o fluido medido ficou entre as paredes dos cilindros concêntricos. Conforme a massa M é solta, esta imprime no cilindro interno uma velocidade angular. Conforme a massa M é solta, esta imprime no cilindro interno uma velocidade angular.

          (O passo anterior foi removido do projeto pouco tempo antes da apresentação, contudo o funcionamento do viscosímetro continuou o mesmo, pois ao invés de utilizar o aparato da massa externa foi usada uma corda para fornecer a velocidade angular ao cilindro interno).

 Haverá atrito entre o fluido e o cilindro interno, e este atrito é a força de cisalhamento. Quando a velocidade da massa M for constante, será possível determinar a força de cisalhamento no fluido e o gradiente de velocidades do mesmo, adotando que o regime é laminar, considerando a velocidade e a espessura da camada do fluido relativamente baixas para causar alguma turbulência.

A medição da velocidade da massa será calculada de maneira diferente da tradicional: Utilizando-se uma câmera simples, filma-se o movimento da massa, e esta filmagem é utilizada num software chamado CVMob, desenvolvido por pesquisadores da UFBA (inclusive um dos integrantes deste grupo) que possibilita a medição da velocidade de pontos em movimento num vídeo. Geralmente a precisão deste método, dependendo do cuidado do operador e da câmera utilizada, é maior do que as maneiras convencionais de medição de velocidade.

Entendendo o projeto...

O estudo sobre o escoamento de um fluido é uma das mais importantes áreas da Engenharia Química. A viscosidade é a grandeza que representa e depende de muitas propriedades macroscópicas e intrínsecas de cada substância fluida.

No entanto, a viscosidade não pode ser calculada com precisão através de cálculos teóricos, já que esta é resultado do atrito do fluido com ele mesmo, ou seja, entre suas moléculas. E ainda há os fluidos que não têm viscosidade constante – os fluidos newtonianos são aqueles que apresentam a mesma viscosidade não importando a força neles aplicada, enquanto que os fluidos cuja viscosidade altera conforme a força, muitas vezes de forma imprevisível, são chamados de fluidos não newtonianos. Além de tudo isso, deve-se notar que a viscosidade de qualquer fluido – seja este newtoniano ou não - depende de sua temperatura, geralmente diminuindo conforme a temperatura aumenta, como ocorre com os óleos lubrificantes para motores de carro, vidro ou mel.

A definição matemática formal para viscosidade é dada da seguinte maneira: A tensão de cisalhamento τ_yx de uma placa plana é definida como 

onde F é a força de cisalhamento aplicada, A é a área de aplicação da força, µ é a viscosidade do fluido e V_x é a velocidade no eixo dos x, conforme imagem a seguir:

Assim, a viscosidade µ é encontrada na equação 

Portanto, para determinar a viscosidade de um fluido, devemos determinar a força de cisalhamento aplicada sobre o mesmo, a área em que a força é aplicada, e como sua velocidade varia ao longo do eixo y, ou seja, seu gradiente de velocidades.

Desenvolvimento Sustentável

O estudo da viscosidade pode ser muito importante para o  desenvolvimento sustentável porque a utilização correta de tubos que conduzem fluidos depende do conhecimento do fluido, para que o tubo não se deteriore rapidamente por conta do atrito com suas paredes internas e também para que o fluido não deixe resíduos em excesso, necessitando sua limpeza, reforma ou substituição.

O estudo da viscosidade de fluidos pode também ajudar a entender a gravidade de derramamentos de óleo em mar ou em terra, quais as consequências ao ambiente e aos seres vivos.

Motivação e Proposta

       A medição da viscosidade de um fluido com a precisão necessária na indústria requer aparelhos de custo moderado a alto. Um viscosímetro mais simples também pode ser construído, mas está sujeito à utilização de aparatos que não permitem uma grande precisão.

      A partir do princípio citado acima, a proposta do projeto é a construção de um viscosímetro do tipo Stormer um pouco modificado, de baixo custo, utilizando materiais acessíveis e de manuseio simples e que apresente resultados satisfatórios a nível industrial.