Determinação da Viscosidade da Sacarose

Determinação da Viscosidade da Sacarose

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA

SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

ANA MARIA CHUPEL MARTINS

JÉSSICA NUNES SILVA RIBEIRO

DETERMINAÇÃO DE VISCOSIDADE DA SOLUÇÃO DE SACAROSE

PONTA GROSSA

2010

ANA MARIA CHUPEL MARTINS

JÉSSICA NUNES SILVA RIBEIRO

DETERMINAÇÃO DE VISCOSIDADE DA SOLUÇÃO DE SACAROSE

Relatório requisitado como avaliação parcial da disciplina de Fundamentos da Engenharia e fenômenos de Transporte aos alunos do 2º ano do curso de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Ponta Grossa.

Professora Doutora Elis Regina Duarte

PONTA GROSSA

2010

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 2

1.1 REOLOGIA 2

1.2 COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE NOS LIQUIDOS E GASES 2

1.3 LEIS DE NEWTON E TENSÃO DE CISALHAMENTO 3

1.4 TIPOS DE VISCOSÍMETRO 4

1.4.1 Viscosímetro capilar 5

1.4.2 Viscosímetro rotacional 6

1.4.3 Viscosímetro de esfera 7

1.4.4 Viscosímetro de orifício 7

1.5 OBJETIVOS 8

2. PROCEDIMENTOS 9

2.1 MATERIAIS ULTILIZADOS 9

2.2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 9

3. RESULTADOS EXPERIMENTAIS 11

4. CONCLUSÃO 14

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 15

1. INTRODUÇÃO

1.1 REOLOGIA

Reologia é a parte da físico-química que estuda o escoamento e deformação da matéria devido à ação de uma tensão de cisalhamento. Em Engenharia de Alimentos a reologia é importante no controle de qualidade dos alimentos, desenvolvimento de novos produtos (textura e consistência); além da importância em outras áreas, como na produção de colas, tintas, produtos de cosmética e higiene corporal, e produção de medicamentos. A reologia abrange diferentes propriedades associadas à deformação da matéria, entre as quais: extrussibilidade, compressibilidade, ductibilidade, espalhabilidade, elasticidade, fluidez e viscosidade.

1.2 COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE NOS LÍQUIDOS E GASES

A viscosidade, de todas as propriedades dos fluidos, requer maior consideração nos estudos dos escoamentos. Nos líquido a viscosidade se relaciona com a força de coesão das moléculas, ou seja, a temperatura influência já que com o aumento dela, ocorre aumento da energia cinética média das moléculas diminuindo assim o intervalo de tempo que elas passam umas junto das outras, tornando-se menos efetivas as forças intermoleculares e ocorrendo conseqüentemente a diminuição da viscosidade. Já nos gases ocorre o inverso, ou seja, a viscosidade aumenta com o aumento de temperatura sendo que as colisões aleatórias entre as moléculas e as agitações aumentam com a temperatura, isso acarretando o aumento na viscosidade dos gases.

O óleo de soja, por exemplo, utilizado para cozinhar é mais viscoso que a água, embora seja menos denso. Apesar da nítida diferença entre viscosidade e densidade, é comum ouvir dizer que este líquido é muito denso, para se referir a um líquido que tem dificuldade em escoar, enquanto o correto seria dizer que o líquido é muito viscoso.

Para pressões moderadas a viscosidade é independente da pressão, dependendo nessas condições, somente da temperatura. Já para pressões muito altas, não há lei bem definida para a variação com a pressão.

1.3 LEI DE NEWTON E TENSÃO DE CISALHAMENTO

A viscosidade é a propriedade responsável pela resistência ao cisalhamento, ocasionadas pelas perdas de energia associadas à perda de energia em dutos, canais e tubulações.

“A lei de Newton da viscosidade estabelece que para uma dada velocidade de deformação angular de um fluído a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional a viscosidade.” (STREETER)

Pode-se determinar a viscosidade de um fluido, através da equação 1.

Equação

Onde:

= tensão de cisalhamento g/cm.s²;

µ = viscosidade 10-2g/cm.s;

r = diâmetro do cilindro cm;

V = velocidade do fluído cm.s-1 ;

Interpretamos, portanto, como gradiente de velocidade ou taxa de deformação.

Em um fluído Newtoniano a força de cisalhamento por unidade de área é proporcional ao gradiente de velocidade dv/dr entre os planos onde V é velocidade e r é o raio , para fluidos puros os valores da viscosidade é bem definido a uma dada uma temperatura e pressão sem depender da tensão se o fluxo for laminar. Em substancia que tem partículas assimétricas observa-se um desvio no comportamento newtoniano, ou seja a tensão de cisalhamento x a taxa de esforço, não apresentam comportamento linear as principais causas são a formação de uma estrutura através do sistema, e orientação de partículas assimétricas provocadas pelo gradiente de velocidade. (SHAW, 1975)

Basicamente fluídos não-newtonianos se caracterizam por não ter um comportamento linear. No caso pseudo-plásticos quando em repouso, suas moléculas estão num estado desordenado, e quando submetidas a uma tensão de cisalhamento, suas moléculas tendem a se orientar. E quanto maior esta força, maior será a ordenação e, conseqüentemente, menor será sua viscosidade. Já os dilatantes apresentam um aumento de viscosidade com a tensão de cisalhamento. (HOLDE, 1975)

Plásticos ideais (ou de Bingham) é um fluido newtoniano que apresenta uma relação linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação, a partir do momento em que se atinge uma tensão de cisalhamento inicial. (HOLDE, 1975)

FIGURA 1 – Fluídos Newtonianos e Não-Newtonianos

1.4 TIPOS DE VISCOSÍMETROS

Existem quatro tipos utilizados de viscosímetros, um deles é o viscosímetro capilar nele a viscosidade é medida pela velocidade de escoamento do líquido através de um capilar de vidro. No viscosímetro rotacional, determina-se a viscosidade pela velocidade angular de uma parte móvel separada de uma parte fixa pelo líquido. A parte fixa é, em geral, a parede do próprio recipiente cilíndrico onde está o líquido. A parte móvel pode ser no formato de palhetas ou um cilindro. O viscosímetro de esfera realiza a determinação através da velocidade de queda de uma esfera dentro de um líquido colocado em um cilindro vertical de vidro. Por fim o viscosímetro de orifício. A viscosidade é medida pelo tempo que um volume fixo de líquido gasta para escoar através de um orifício existente no fundo de um recipiente. (VIEIRA, 1971)

1.4.1 Viscosímetro capilar

As viscosidades relativas de dos fluidos podem ser medidas utilizando o viscosímetro simples de Ostwald (Figura 2) onde se coloca uma grande quantidade de liquido suficiente para chegar aos níveis B e C. Provoca-se a ascensão do liquido pelo tubo esquerdo do viscosímetro até os níveis de liquido que se situem acima de A, e no fundo do bulbo da direita, respectivamente. Deixa-se o liquido escolher e mede-se o tempo necessário para o mecanismo do liquido passar da marca A para a marca B. (SHAW, 1975)

FIGURA 2 - Viscosímetro de Ostawd

FONTE: SHAW (1975)

Para a determinação da viscosidade utilizamos a seguinte relação:

η = k.ρ.t

Onde k, é uma constante do viscosímetro, ρ a densidade do liquido e t o tempo de fluxo. Como as viscosidades dependem da temperatura, é preciso um controle. (SHAW, 1975)

Normalmente escolhe-se um viscosímetro que permita que o tempo de escoamento seja maior q um minuto pois isso aumenta a precisão do experimento, a execução é simples e bastante precisa (cerca de 0,1%) em seus resultados, mas apresenta desvantagem de que a velocidade de cisalhamento varia de zero no centro do capilar, a um valor máximo (que diminui durante a experiência) na parede do capilar. Assim sendo, com partículas assimétricas,( no caso de um fluido não newtoniano) a determinação da viscosidade em um viscosímetro de Ostward poderia incluir vários erros e teriam pouco significado teórico (SHAW, 1975).

1.4.2 Viscosímetro rotacional

A viscosidade é medida pela velocidade angular de uma parte móvel separada de uma parte fixa pelo liquido, a parte fixa, é a parede do recipiente cilíndrico onde está o liquido. A parte móvel pode ser no formato de palhetas ou um cilindro. Nos viscosímetros de cone-placa, um cone é girado sobre o líquido colocado entre o cone e uma placa, como mostra a Figura 3. (SHAW, 1975)

FIGURA 3 – Viscosímetro Rotacional

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