VISCOSIDADE – O QUE É, COMO MEDIR E QUANTIFICAR?
Viscosidade é uma medida da resistência de um líquido ao fluxo ao longo do tempo. Seja no laboratório de pesquisa ou na produção da indústria, ou até mesmo, na cozinha, é possível observar uma variedade de líquidos com uma ampla variedade de viscosidades.
- Água, refrigerante ou suco são fluem rapidamente quando transferidos. Esses são exemplos de líquidos finos ou de baixa viscosidade.
- Líquidos como óleo vegetal, xarope de milho e detergente são mais resistentes ao fluxo e se movem mais devagar quando derramados. Esses são exemplos de líquidos de viscosidade média.
- Líquidos como mel, melaço e chocolate derretido são muito mais resistentes ao fluxo. Esses são exemplos de líquidos de alta viscosidade.
- Finalmente, existem líquidos como geleia, manteiga e caramelo que são tão espessos (viscosos) que quase parecem sólidos. Esses são exemplos de líquidos de viscosidade muito alta. Apesar de sua espessura, a viscosidade desses líquidos ainda pode ser medida e quantificada, diferentemente dos sólidos.
Para todos os exemplos citados acima, podemos utilizar bombas industriais para realizar a transferência, todavia, para que seja selecionado o equipamento correto, é importante realizar a distinção da propriedade qualitativa (viscoso), para a quantitativa (quão viscoso). Para isso, utilizamos diversas técnicas e unidades de medida.
UNIDADES DE VISCOSIDADE E MEDIÇÃO:
Dizer que um fluido é viscoso é subjetivo. Para indústrias que lidam principalmente com líquidos finos como água, o óleo vegetal seria considerado um líquido viscoso. Em uma fábrica de chocolate, o óleo vegetal é considerado um líquido fino. Sem medição e quantificação, a viscosidade é relativa.
Diferentes bombas de diferentes tamanhos e modelos podem ser aplicadas para transferência de um determinado fluido, sendo importantíssimo, conhecer as propriedades físico-químicas, como a viscosidade, para evitar subdimensionar ou superdimensionar, eliminando o aumento de custos e problemas na produção.
Alguns tipos de bombas fornecidos pela BOMSERV.
É importante sabermos primeiro, que existem dois tipos diferentes de medição de viscosidade.
- Viscosidade Cinemática: Depende da densidade do líquido. A unidade de medida mais comum é centistokes, abreviado cSt.
- Viscosidade Dinâmica: Depende apenas da tensão de cisalhamento ou das forças envolvidas na deformação do líquido. A unidades de medida mais comum é centipoise, abreviado cP.
A conversão entre os dois tipos de viscosidade pode ser realizada de forma fácil usando as seguintes equações:
Onde gravidade específica pode ser calculada usando a seguinte equação:
Onde:
- GE(pr) é a gravidade específica.
- ρ(substância) é a densidade da substância.
- ρ(referência) é a densidade o material de referência (geralmente água).
COMO MEDIR A VISCOSIDADE DE UM LÍQUIDO:
Para uma medição exata da viscosidade, é necessário um viscosímetro, um equipamento projetado especificamente para essa finalidade. Existem vários modelos de viscosímetros no mercado, com diferentes faixas de medição de viscosidade e preços. Vamos explorar alguns dos tipos mais comuns de viscosímetros.
- VISCOSÍMETROS CINEMÁTICOS:
Viscosímetro Capilar: Um volume específico de fluido é colocado em um tubo de vidro em forma de U com dois bulbos. O tempo que o fluido leva para passar de um bulbo para o outro é medido. Eles são comumente usados em laboratórios onde é necessário medir amostras menores.
Viscosímetro Capilar
Copos de viscosidade: São recipientes calibrados com um pequeno furo na parte inferior. O tempo que leva para o líquido escoar completamente do copo através do orifício é medido, sendo que quanto maior o tempo, maior a viscosidade. Alguns exemplos incluem os copos Saybolt Universal Seconds (abreviado como SUS ou SSU), copos Ford, Zahn, Shell e Craftsman, cada um calibrado para medir uma faixa específica de viscosidades. Eles são de baixo custo e podem ser imersos diretamente no líquido para medição.
Copo de Ford
- VISCOSÍMETROS DINÂMICOS:
Viscosímetro de pistão em queda: Mede a viscosidade de um fluido pelo tempo que um pistão leva para cair uma distância definida no fluido. O tempo de queda é correlacionado com a viscosidade do fluido. Este dispositivo é útil para medições precisas de viscosidade. Uma desvantagem é que esses viscosímetros não podem ser usados em líquidos opacos.
Viscosímetro de Pistão em queda
Viscosímetros rotacionais: Mede a viscosidade de um fluido ao girar um fuso no fluido. A energia necessária para girar o fuso indica a viscosidade do fluido. É a melhor opção para fluidos de altíssima viscosidade, como mel.
Viscosímetro Rotacional
Existem alguns métodos para estimar a viscosidade de um líquido quando não houver possibilidade de uso de um viscosímetro profissional, como quando se está na produção.
COMO ESTIMAR A VISCOSIDADE DE UM LÍQUIDO:
A seguir, vamos apresentar um método para estimar de forma aproximada a viscosidade de um fluido. Este método é particularmente útil quando se está em uma situação ou local, onde não é possível utilizar um viscosímetro profissional, mas ainda precisa-se ter uma ideia da viscosidade.
- Método da comparação: Derramando um líquido em um pote e comparando o fluxo (velocidade de escoamento ao longo do tempo) com outro líquido de viscosidade conhecida, você pode estimar se o líquido da amostra é mais viscoso, menos viscoso ou aproximadamente a mesma viscosidade que seu líquido de comparação conhecido, como mostra a tabela a seguir:
Embora este método seja subjetivo e forneça apenas uma estimativa aproximada da viscosidade de um líquido, descrições como esta podem ser úteis para caracterizar a viscosidade de um líquido de maneira mais precisa, em vez de recorrer a descrições imprecisas como “espesso” ou “pesado”.
Não importa qual método de medição seja usado, é importante levar em consideração as variáveis do sistema e seus efeitos antes de selecionar e dimensionar uma bomba.
VARIÁVEIS DO SISTEMA E SEU EFEITO NA VISCOSIDADE:
Com raríssimas exceções, a viscosidade de um líquido varia inversamente com a temperatura. Ou seja, quanto menor a temperatura, maior a viscosidade e quanto maior a temperatura, menor a viscosidade. Isso significa que geralmente a viscosidade de um líquido não é um valor fixo, mas uma faixa. Manter líquidos em ambientes fechados e com temperatura controlada irá estreitar essa faixa, mas ainda é importante considerar qual será a viscosidade máxima e mínima para uma aplicação de bombeamento.
Adicionar temperatura por meio de aquecimento também pode ser usado para reduzir a viscosidade do líquido, permitindo a redução no tamanho da bomba, redução nas perdas de atrito da tubulação e redução no tamanho e consumo de energia dos equipamentos de acionamento.
Outra variável a ser considerada é o cisalhamento. Para alguns líquidos, o cisalhamento não tem efeito. Esses líquidos são classificados como líquidos newtonianos. Um exemplo comum é a água. Se você medir a viscosidade da água antes e depois de agitação vigorosa, verá que a viscosidade é a mesma, independentemente do cisalhamento.
Para outros líquidos, o cisalhamento pode alterar a viscosidade. Esses líquidos são classificados como líquidos não-newtonianos. Um exemplo comum é o ketchup, que é um líquido não-newtoniano e com viscosidade reduzida pelo cisalhamento. Parado na garrafa, o ketchup se comporta como um líquido viscoso e não escorre facilmente. Mas ao agitar ou bater na garrafa, ele irá afinar, escorrendo facilmente, como mostra a animação abaixo:
Fonte: Non-Newtonian Fluids: The Pouring Ketchup Quandary | COMSOL Blog
Em sistemas de bombeamento, o cisalhamento ocorre à medida que o líquido se move através de tubulações, conexões e pela bomba. Entender o cisalhamento e seus efeitos pode ajudar na seleção da bomba, dimensionamento e cálculos de consumo de energia.
VISCOSIDADE E SELEÇÃO DE BOMBA:
Agora que você sabe que a viscosidade é uma propriedade reológica extremamente importante para o seu processo, chegou a hora de dar a mesma importância para o equipamento que está realizando o bombeamento do fluido.
Na BOMSERV, temos em nosso catálogo, bombas industriais para diversas aplicações, como as pneumáticas de duplo diafragma, ou até mesmo as bombas de engrenagem interna, ideais para viscosidades mais elevadas.
Fonte: www.bomservbombas.com.br/blog
Caso precise de mais informações sobre o funcionamento, aplicação e preços dos equipamentos, entre em contato com nossa equipe de vendas técnicas!
Nossos engenheiros também estão à disposição para entender o cenário da sua aplicação e oferecer a melhor tecnologia para o seu processo.
Por: Eng. Felipe Resende Rosa | Engenheiro Químico e Mestrando em Engenharia
