quarta-feira, 12 de dezembro de 2007

viscosidade de liquidos ||




Líquidos diferentes possuem propriedades diferentes. Uma dessas propriedades é a viscosidade, a resistência do líquido ao escoamento. Água, leite e suco de frutas são comparativamente finos e fluem com mais faclidade que líquidos mais espessos e viscosos, como mel, xarope de milho, xampu ou sabonete líquido.
A viscosidade é uma propriedade importante dos fluidos de perfuração. Um fluido mais viscoso possui maior capacidade de suspender os resíduos da perfuração até a superfície. Todavia, é necessário uma maior pressão para o bombeamento de fluidos muito viscosos, resultando em desgaste adicional no equipamento de perfuração. Os fluidos viscosos também são mais difíceis de separar dos resíduos de perfuração.
Uma maneira de se testar a viscosidade de um líquido é observando o tempo gasto por um objeto afundando nele. Pode-se também comparar os níveis de viscosidade confrontando-se os tempos que os objetos levam para afundar nos diferentes líquidos.






Ferramentas e Materiais
Água
Óleo infantil (ou qualquer outro óleo suave fácil de se obter)
xampu colorido claro ou suave
Frasco de plástico transparente com capacidade para 444 ml ou um pouco maior, com tampa que feche firmemente
uma caixinha de filme de 35mm ou um objeto pequeno similar
Um cronômetro com precisão para décimos ou centésimos de segundo
Bola de gude pequena o suficiente para passar pela boca do frasco
Caneta com tinta permanente, para marcação
Óculos de proteção
Uma tabela como a mostrada a seguir para registrar os resultados

O Que Fazer:
1. Na lateral do frasco, cerca de 3 cm a partir de cada extremidade, desenhe duas linhas com uma caneta marca-texto.
2. Insira uma bola degude no frasco, preencha o frasco com água até a boca e feche-o firmemente.
3. Inverta o frasco e observe a bolinha descendo pela água. (ela desce bem rápido.)
4. Com o cronômetro, tente medir o tempo que leva para que a bola de gude desça de uma linha à outra no frasco, à medida que você o inverte. (Isso é quase impossível de se fazer, porque a bola desce muito rapidamente. A água não possui muita viscosidade.)
5. Vamos tentar uma outra técnica. Coloque o frasco deitado de lado com a tampa sobre uma caixinha de filme ou outro objeto parecido. Isto cria uma rampa suave para a rolagem da bola de gude. Se a rampa não for muito íngreme, a bola irá rolar através da água devagar o suficiente para você medir o seu tempo.
6. Levante o fundo do frasco de forma que a bolinha role até a extremidade da tampa.
7. Posicione o fundo do frasco de volta para baixo rápido mas suavemente. Utilize o cronômetro para medir o tempo que a bola de gude percorre de uma linha à outra no frasco.
8. Registre o tempo gasto na coluna de Água da tabela de dados oposta do teste 1.
9. Repita quatro vezes mais e calcule o tempo médio para a água.
10. Subsititua a água no frasco por óleo infantil. (Ou, derrame óleo infantil em um frasco idêntico com marcas nos mesmos lugares.) Introduza a bola de gude e feche firmemente a tampa. Repita os passos de 5 a 9 para obter os resultados do óleo infantil.






















O que é a viscosidade ?

A viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluido se movimenta. É a medida da resistência de um fluido à deformação causada por um torque. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento, 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. Define-se pela lei de Newton da viscosidade:

Onde a constante μ é o coeficiente de viscosidade, viscosidade ou viscosidade dinâmica.
















Medida da viscosidade de um gás mediante um tubo capilar








A lei de Poiseuille para os gases







Suponha um tubo capilar de raio r e comprimento L pelo qual flui um gás quando a diferença de pressão em seus extremos é p-p0
A lei de Poiseuille que foi deduzida para um fluído viscoso incompressível, afirma que a vazão volumétrica G=dV/dt (volume de fluído que atravessa a secção normal do capilar na unidade de tempo) é diretamente proporcional ao gradiente de pressão ao longo do tubo, logo ao quociente (p-p0)/L.
Agora então, para um gás que flui através do tubo capilar, o volume de gás que entra na unidade de tempo a uma pressão p não é igual ao volume que sai do tubo a pressão p0 (atmosférica) devido a compressibilidade dos gases. No entanto, a massa de gás que entra na unidade de tempo é igual a massa de gás que sai na unidade de tempo.









Escrevemos a lei de Poiseuille da forma





dV/dt é o volume de gás que atravessa a secção normal do tubo capilar situada a uma distância x do extremo do tubo, na unidade de tempo. dp/dx é o gradiente de pressão nesta posição.
Tendo em conta a lei dos gases ideais p·V=nRT
n é o número de moles n=m/M ,
m é a massa de gás contida no volume V,
M o peso molecular,
R=8.3143 J/(K·mol) a constante dos gases
T a temperatura absoluta.




A lei de Poiseuille é escrita





O sinal menos aparece por que a pressão p do gás diminui a medida que sai pelo tubo capilar
Integramos esta equação tendo em conta que dm/dt é constante ao longo do tubo capilar. A pressão no extremo x=0 do tubo capilar é p e a pressão no outro extremo x=L é p0 (atmosférica).




O dispositivo experimental








Na figura, é mostrada a situação inicial do dispositivo. O manômetro de mercúrio a esquerda, o volume V0 da região compreendida entre o mercúrio e o tubo capilar, o tubo capilar de comprimento L e raio r.



O gás cuja viscosidade vamos medir, é introduzido na região compreendida entre o mercúrio do manômetro e o capilar, até alcançar a pressão p desejada.



A pressão inicial do gás é
p=p0+2ρgh0
O volume inicial do gás é
V=V0+S·h0
Sendo S a secção do manômetro





Quando é alcançada a pressão desejada, é aberta a chave situada no extremo do capilar, o gás flui através do mesmo impulsionado pela diferença de pressão p-p0, a diferença de alturas 2h dos níveis de mercúrio nos dois ramos do manômetro vai diminuindo.



Fonte:

http://www.fisica.ufs.br/CorpoDocente/egsantana/fluidos/dinamica/visco_gas/visco_gas.htm

Medida da viscosidade de um gás mediante um disco que gira



Neste tópico é simulado uma experiência que mede a viscosidade de um gás observando a diminuição da velocidade angular de rotação de um disco.



























Quando é proporcionado a um disco uma velocidade angular de rotação, o atrito no eixo provoca uma diminuição da velocidade angular de rotação linear com o tempo
I·α=-Mω=ω0-α·t


Como vamos demonstrar a seguir, o efeito da viscosidade do gás sobre um disco em rotação é que sua velocidade angular diminua de forma exponencial com o tempo
ω=ω0·exp(-k·t)



O dispositivo experimental consta de um disco de raio R, que pode girar ao redor de um eixo vertical com um atrito muito pequeno nos rolamentos. O disco de massa m está suspenso pela pressão do gás a uma altura h (muito pequena) acima de uma superfície plana.



Se é proporcionado ao disco uma velocidade angular inicial ω0, medimos a velocidade angular ω em função do tempo t, representando-se no eixo vertical o logaritmo neperiano da velocidade angular, ln(ω) e no eixo horizontal o tempo t. É obtida uma reta. A partir da inclinação da reta, calculamos a viscosidade do gás.




Fonte: http://www.fisica.ufs.br/CorpoDocente/egsantana/fluidos/dinamica/visco_gas/visco_gas.html

Quais os factores que alteram a viscosidade, além da temperatura?

Uma introdução de Mohamed Salah HassanPodemos dizer que a viscosidade é a resistência que um material apresenta para mudar de forma. Essa propriedade pode ser considerada uma fricção interna.Para se ter uma idéia da viscosidade, sugiro que primeiro nos lembremos do escoamento laminar. Se um líquido ou gás está fluindo sobre uma superfície, as moléculas próximas à superfície (aquelas aderentes às paredes) têm velocidade zero. À medida que nos afastamos da superfície, a velocidade aumenta. Essa diferença de velocidade é uma fricção no líquido ou gás. Trata-se da fricção de moléculas que estão sendo empurradas para trás umas das outras. Podemos imaginar que a força com a qual as moléculas se unem será proporcional à fricção. Essa força é chamada de viscosidade. Assim, a viscosidade determina a quantidade de fricção, que, por sua vez, determina a quantidade de energia absorvida pelo escoamento.A viscosidade de um líquido é basicamente uma medida de quão pegajoso ele é. A água tem uma viscosidade relativamente baixa; coisas como shampoo ou melado têm viscosidades mais altas. A viscosidade também depende da temperatura – o óleo de motor, por exemplo, é muito menos viscoso em altas temperaturas do que quando o motor fica frio, como durante o inverno. Para líquidos que escoam através de tubulações, a viscosidade produz uma força resistiva. Podemos imaginar essa resistência basicamente como uma força friccional que age entre partes do líquido que estão se movimentando em diferentes velocidades. O líquido mais próximo às paredes da tubulação, por exemplo, se movimenta mais lentamente do que o líquido no centro do tubo.
Robert Harries dizA viscosidade de um líquido puro varia, em sua maior parte, de acordo com a temperatura. A pressão tem um efeito pequeno (muito inferior ao da temperatura) sobre a viscosidade de um gás, e o efeito da pressão em um líquido é extremamente pequeno.Bob Holicek acrescenta:Outros fatores podem entrar no jogo quando consideramos líquidos multifásicos – uma mistura de líquido, sólido e gás. Essas misturas são comumente encontradas no petróleo cru que flui para cima em um poço petrolífero – parte do petróleo costuma se transformar em gás à medida que a pressão diminui, e a mistura também pode incluir água, fragmentos de rochas, cera e alcatrão. Nesse caso, a fração de cada fase irá afetar a viscosidade da mistura. Espumas – misturas de gás e líquido – e emulsões – misturas de líquidos – normalmente têm uma viscosidade aparente mais alta do que as fases individuais isoladas. No caso de polímeros (grandes moléculas orgânicas formadas pela combinação de várias moléculas menores, p. ex. plásticos), a viscosidade é geralmente mais alta para polímeros com maiores pesos moleculares – moléculas maiores levam a viscosidades maiores.Uma solução diluída de um polímero em um solvente, por exemplo água, pode exibir comportamento “power-law” – ela pode ter alta viscosidade sob “low shear”, mas baixa viscosidade sob “high shear”. A água em si é newtoniana, mas a introdução do polímero em concentrações (por peso) de 0,2 % pode ter um efeito significativo em seu comportamento reológico.
Karl-Heinz Marx diz:Alguns meios demonstram uma mudança de viscosidade dependendo da velocidade ou da força que você usa; ela pode aumentar (quanto mais rápido você se move, maior a viscosidade) ou diminuir (meio tixotrópico). Para mais informações, veja estas páginas sobre reologia (o estudo de fluxo incomum) de Central Chemical Consulting (Austrália – em inglês). Veja também dois experimentos no Laboratório de Ciências SEED Ketchup: Grosso ou Fino? e Amido de Milho e Água: É Líquido ou Sólido?
\Greg Kubala acrescenta:Além da temperatura, a viscosidade do mesmo líquido pode variar com tensão repentina e com a pressão. Veja o website do Mundo da Ciência de Eric Weisstein com informações sobre a matemática-física por trás dessa dependência (em inglês).

terça-feira, 11 de dezembro de 2007

Viscosidade de líquidos


O atrito é um fenômeno sempre presente quando há corpos em contato e com movimento relativo. Embora atribuído, em princípio, a corpos sólidos, a observação mostra que algo de semelhante se dá também com os líquidos e os gases: aqui, tem outro nome e apresenta outras características, menos acentuadas que nos sólidos.Nos fluidos, o efeito de oposição ao movimento relativo recebe o nome de viscosidade, e sua existência é de grande importância no estudo do comportamento dos líquidos. É pelo uso de líquidos de viscosidade conveniente que se reduz a um mínimo o atrito entre duas peças de uma máquina, por exemplo.
(Baixa viscosidade - alta viscosidade)



Os líquidos, assim como os gases, são considerados fluidos, isto é, "que podem fluir". Uma de suas principais características é não possuírem formas próprias (como acontece com os sólidos), tendendo sempre a assumir a forma do recipiente que os contém.Um líquido ideal não oferece qualquer resistência a uma eventual mudança de forma. Nos líquidos reais, entretanto a situação é outra. A viscosidade, inexistente no líquido ideal, esta presente em qualquer líquido real. E, devido a essa viscosidade, em qualquer líquido real existe uma certa resistência às mudanças de forma e ao movimento de qualquer porção do líquido.





Seja, por exemplo, uma certa porção de líquido contida em um recipiente. Sobre ele bóia um corpo plano cuja superfície inferior é lisa. Aplicando-se uma força F ao corpo, este se desloca na direção e sentido da força, arrastando consigo a camada de água que está imediatamente abaixo. Essa primeira "lâmina" exerce uma tração análoga sobre a "lâmina" seguinte e assim sucessivamente. Entre as várias camadas líquidas, instaura-se uma força tangencial, de direção e sentido oposto a F; cujo efeito é dificultar o movimento do corpo; quase, pois, como um "atrito".





Movimento lamelar e turbulento. Quando um líquido se desloca ao longo de um conduto, seu comportamento depende do tipo de regime de movimento. O caso mais simples é o que se refere ao regime lamelar, caracterizado pelo fato de que a velocidade, a vazão e a pressão, para todos os pontos do conduto, não dependem do tempo.Em tais condições, as moléculas do líquido percorrem trajetórias regulares: o caminho de uma molécula é exatamente aquele da molécula que a precedeu - e será o caminho da molécula posterior.O regime turbulento é caracterizado pelo escoamento violento e irregular. Um exemplo é o deslocamento de um barco de corrida, em alta velocidade.
(Lamelar)
(Turbulento)









Os óleos lubrificantes. É preciso a interpretação correta na lubrificação entre partes móveis em contato que ocorre nos motores de combustão interna (a gasolina e diesel): a camada de óleo lubrificante interpõe-se entre as peças a fim de evitar o contato direto entre estas, o que causaria um atrito excessivo que geraria temperaturas elevadas. Embora evite esse problema, o óleo causa atrito pois é arrastado e se aquece, embora o sistema de arrefecimento dos motores seja dimensionado para dissipar o calor. É interessante notar-se que a viscosidade do óleo diminui com o aumento da temperatura.






fonte:http://www.seed.slb.com/pt/scictr/lab/viscosity/

viscosidade de gás


Por que a viscosidade dos gases aumenta com a temperatura?
O Especialista da SEED Lawrence Lee responde: Todas as moléculas de gás estão em um movimento aleatório contínuo. Quando há um movimento de escoamento do volume, ele é sobreposto por movimentos aleatórios e, depois, distribuído através do fluido por colisões moleculares. Quanto mais forte for o movimento aleatório, como o causado pelo aumento da temperatura, mais forte será a resistência ao movimento de escoamento do volume. As análises teóricas baseadas nessas considerações simples prevêem que a Viscosidade do Gás é proporcional à raiz quadrada da Temperatura Absoluta do gás. O fenômeno da transferência de impulso por colisões de moléculas de líquidos parece ofuscado pelos efeitos dos campos de força interagentes entre as moléculas de líquidos estreitamente agrupadas. Dessa forma, a temperatura possui efeitos opostos sobre as viscosidades de gás e líquido. Ref. Apêndice A, Introduction to Fluid Mechanics, de Fox & McDonald, da Universidade de Purdue, 1ª edição, publicado por John Wiley & Sons, Inc.

Experiência de viscosidade dos liquidos


Nem todos os líquidos são iguais. Alguns são finos e escoam mais facilmente. Outros são espessos e pegajosos. Mel e xarope de milho escorrem mais lentamente que a água. A resistência ao escoamento apresentada por um líquido é chamada de viscosidade.
A viscosidade é uma propriedade importante dos fluidos de perfuração. Quando mais viscoso for o fluido, mais facilmente ele suspenderá as aparas do corte e as levará para a superfície. Por outro lado, é necessária mais pressão para bombear fluidos muito viscosos, além de ser mais difícil retirar os resíduos da perfuração.
Uma maneira de testar a viscosidade de um líquido é jogar alguma coisa dentro dele e ver quanto tempo demora para afundar.
Ferramentais e Materiais
Para realizar esta experiência, você precisará de:
Uma proveta alta ou cilindro de vidro graduado.
Um cronômetro com precisão para décimos ou centésimos de segundo
20 seixos, todos com aproximadamente o mesmo tamanho e forma
Água e pelo menos um outro líquido. xarope de milho é uma boa escolha.
Uma tabela como a mostrada a seguir para registrar os resultados.
Os seixos que utilizamos vêm de uma bolsa com cascalho comum usados em aquários e vendidos em pet shops. As peças eram um tanto irregulares, e todas com aproximadamente o mesmo tamanho: 7 ou 8 mm de comprimento por cerca de 4 ou 5 mm em cada uma das outras duas dimensões.
A Experiência:
O que fazer:
Encha um cilindro graduado com água e anote a profundidade.
Jogue seis seixos aí dentro, um por vez.
Use um cronômetro para marcar quanto tempo leva para cada seixo alcançar o fundo.
Anote os resultados.
Agora repita o mesmo procedimento com xarope de milho e utilize uma tabela igual à essa para registrar seus resultados.
Dê uma olhada em nossos resultados.
Para saber mais sobre os fluidos de perfuração, leia Fluido de Perfuração: A Força Vital do Poço.

O tema do trabalho é...


O tema do módulo 2 é viscosidade de liquidos . Neste trabalho deve-se destinguir liquido de um gás . E ainda vamos seleccionar alguns liquidos com diferentes viscosidades .