BAC 014 Prática 1 Queda de um corpo em um meio viscoso - A Lei de Stokes

BAC 014 Prática 1 Queda de um corpo em um meio viscoso - A Lei de Stokes

Engenharia de Fluidos ?BAC 014 Roteiro da Aula Prática I

Prática1 ?Queda de um corpo em um meio viscoso, a Lei de Stokes

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Prof. Dr. Rogério Fernandes Brito ?E-mail: rogbrito@unifei.edu.br

A viscosidade dinâmicaµou simplesmente viscosidade é o coeficiente de atrito interno entre as várias camadas de um fluído em movimento relativo. A unidade de viscosidade nosistema e o

micropoise ( 1µP= 10-6P) .A relação com o sistema internacional é 10 P=1Kg.s-1m-1( ou 10

P = 1 Pa.s)

Na indústria utiliza-se com frequência a viscosidadecinemática, que é a razão entre a viscosidade dinâmicaµe a massa específica.

A unidade da viscosidade cinemáticavno sistema C.G.S. é ostokes, sendo1 stokes( St )

Suponhamos uma esfera de vidro de raio r, constituída por material da massa específicaρe, abandonada no interior de um líquido de massa específicaρg e coeficiente deviscosidadeµ.

Consideremosρg<ρe admitamos que as dimensões transversais do recipiente quecontém o líquido são praticamente infinitas quando comparadas com o diâmetro daesfera.

As três forças que atuam sobre a esfera são: P-peso da esfera; I-impulso do líquido sobre a esfera; F-força de atrito viscoso,força que se opõe ao movimento.

PeIsão forças constantes, masFdepende deV( velocidade )

. Durante um intervalo de tempo inicial,a partir do momento em que a esfera é abandonada,Fé uma função crescente do tempo, mas a partir do instante que a força de arrastotorna-se igual a diferença entre o peso da esfera eo empuxo, a aceleração da esfera se torna nula.

EXPERIÊNCIA1:QUEDADEUMCORPOEM UM MEIO VISCOSO, A LEI DE STOKES

1. OBJETIVOS Determinar experimentalmente o coeficiente de viscosidade de um fluido.

2.MATERIAL A SER UTILIZADO ( Figura 1) com fixadores, mufas em aço com encaixe lateral;

01 conjunto posicionador de largada ( 4)

02 recipientes com orifício lateral superior ( 5)

01 tripé Delta com sapatas ( 6)

02 mufas com braçadeiras ( 12)

01 fim de curso principal ( 13)

01 corpo de prova esférico ( com massa determinada)

; 500mllíquido para estudo;

01 paquímetro;

01 cronômetro;

01 recipiente de 500 ml;

Figura 1.Montagem do kit experimental "Viscosímetro de Stokes".

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1. Montagem:

3.1.1.Execute a montagem da Figura 1; 3.1.2.Posicione os sensores distanciadosde150 m um do outro; até atingir o orifício lateral como líquido cuja viscosidade será estudada;

Figura 2.Posicionamento do largador sobre o conjunto para queda em meio viscoso,

3.1.5.Verifique o alinhamento do painel.

3.2. Atividades:

Determine o coeficiente de viscosidade cinemática de um líquido através da expressão da força de arrasto deStokes:

Sendo: va viscosidade cinemática, D o diâmetro da esfera eVa velocidade de queda.

Para isto é necessário isolar o coeficiente de viscosidade cinemáticaν.

Esta expressão somente poderá ser utilizada quando ocoeficiente de Reynolds for menor que 1. Por isto, calcule qual é o coeficiente de Reynolds, e verifique a condição acima, sabendo que o coeficiente de Reynolds é o produto entre a velocidade do corpoVem cm/s, a viscosidade cinemática (v) em Stokes e o diâmetro da esfera D. Note que a força de arrasto depende também da viscosidade do material.

, onde Re é o de coeficiente Reynolds.

Conhecendo a força de arrastoFD= P ?E, medindoo diâmetro D da esfera e medindo a velocidade de queda, podemos obter a viscosidade cinemáticaν.

Procedimentos:

I.Anote a massamdas duas esferasde raio diferentes que serãoutilizados no experimento.

m =_______________g

D =cm

I.O diâmetro da esfera I.Calcule amassa específicados dois líquidos que serão utilizados na prática.

ρ=_ g/cm3, obs.:quando for pesar o líquido não se esqueça de descontar amassa do recipiente.

IV.Calcule o volume da esfera. Vesfera=πD3/6= _ cm

V.Calcule o peso da esfera

E=dina

VI.Calcule o empuxo atuante sobre a esfera.

VII.E finalmente a forma do arrasto

FD=dina

VIII.Para calcular a viscosidade cinemática, basta agora calcular a velocidade terminal de queda no líquido.

sensor de acordo com a escala do painel.y1 =cme a posição finaly2, ocupada

A velocidade terminal da esfera é obtidamarcando a posição inicialy1ocupada pelo primeiro pelo segundo sensor.

y2 =cme determinando o módulo do deslocamento h (

distância de queda) que a esfera sofrerá quando se mover dey1até

Verifique o intervalo de tempo necessário para que a esfera passe entre os dois sensores abandonando a esfera no interior do líquido e cronometrando o tempo do deslocamento. Repita esta operação por 5 vezes completando a tabela 1.

Tabela 1.Tempo de queda da esfera entre os sensores.

MedidaTempo do Intervalo esfera 1 2 3 4 5 Média

IX.Calcule a velocidade média da esfera

A velocidadeatingida ao final do percurso é denominada velocidade limite ( velocidade terminal ) de queda.

3.2.1.O que você conclui sobre o tipo de movimento ocorrido no interior do líquido?

3.2.2.Determinação da viscosidade do líquido

3.2.3.Determine a viscosidadecinemáticaνe a viscosidadeabsolutaµdo líquido utilizando as expressões desenvolvidas por Stokes

Repita a operação para um segundo líquido utilizando uma esfera.

4.ASSUNTOS A SEREMPESQUISADOS PARA O RELATÓRIO: Fundamentos teóricossobre aviscosidade.

Forças atuantes numa esfera em queda em um meio viscoso. O principio de Arquimedes.

Força de arrasto.

Número de Reynolds.

Viscosidade absoluta e cinemática.

Revisao bibliográficade artigos, livros,comno mínimo, cinco fontes. Nao esquecer de citar em referencias bibliográficas, conforme normas ( pesquisar )

Critério de correcao dos Relatorios de BAC014: ver em http://www.ebah.com.br/content/ABAAAf4Y4AC/criterio-correcao-dos-relatorios-bac014

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