Laboratório de Física 2

Disciplina Fenômenos de TransporteHAMIFENOMTRANS Mensagem Bom dia a todos Segue abaixo os dados que estão faltando para que vocês possam calcular a viscosidade dinâmica dos fluidos Esfera de aço Diâmetro 2545 mm Massa 66921g Óleo de tempera Densidade 08625 gcm³ Sabão Antisséptico Densidade 105 gmL att Prof Emerson 5 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS Cronômetro Esferas Tubos Água Óleo Glicerina PROCEDIMENTOS 1 COMPREENDENDO O FUNCIONAMENTO DA PRÁTICA Para dar início ao laboratório virtual de viscosímetro de Stokes é necessário explorar os principais recursos disponíveis 6 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES 2 ENCONTRANDO A VELOCIDADE DE ESCOAMENTO Para encontrar a velocidade de escoamento das esferas metálicas é necessário que sejam feitas diversas medidas do tempo de queda entre dois pontos conhecidos Acione o cronômetro Em seguida mova uma das esferas para o tubo que contém água Cronometre o tempo de queda e repita esse procedimento mais três vezes Em seguida troque a esfera e repita o mesmo procedimento Tubo com Água Diâmetro da Esfera Tempo de queda s Média do Tempo de queda s Distância Percorrida m Velocidade Média ms 10 mm 8 mm 6 mm 5 mm Tabela 1 Dados experimentais da água Repita o procedimento nas outras tubulações contendo óleo e glicerina e preencha as tabelas abaixo Tubo com Óleo 5W20 Diâmetro da Esfera Tempo de queda s Média do Tempo de queda s Distância Percorrida m Velocidade Média ms 10 mm 8 mm 6 mm 5 mm Tabela 2 Dados experimentais do óleo 5W20 7 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES Tubo com Glicerina Diâmetro da Esfera Tempo de queda s Média do Tempo de queda s Distância Percorrida m Velocidade Média ms 10 mm 8 mm 6 mm 5 mm Tabela 3 Dados experimentais da glicerina 3 DETERMINANDO A VISCOSIDADE Para o cálculo da viscosidade dinâmica neste experimento deve ser utilizada a equação 9 do resumo teórico Todos os dados necessários para aplicar esta equação além daqueles encontrados nas tabelas preenchidas anteriormente são apresentados na lista abaixo ρfluido água é de 1000 kgm³ ρfluido 5w20 é de 852 kgm³ ρ fluido glicerina é de 1250 kgm³ ρsefe é de 7850 kgm³ g é de 981 ms² Os valores reais da viscosidade cinemática dos fluidos utilizados neste experimento são A viscosidade cinemática da água é de 986 10⁷ m²s A viscosidade cinemática do óleo 5W20 é de 505 10⁵ m²s A viscosidade cinemática da glicerina é de 661 10⁴ m²s Sabendo que o erro relativo percentual pode ser encontrado utilizando a seguinte formula Erro Relativo valor experimental valor real valor real 100 Importante Para realizar o cálculo da velocidade corrigida apresentada na equação 8 do resumo teórico é necessário saber o valor de R raio interno do tubo que no caso deste laboratório virtual é de 22 milímetros Realize o cálculo do erro relativo percentual para cada viscosidade cinemática encontrada e preencha a coluna adequada da tabela 4 9 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES Fluido Água Diâmetro da Esfera Velocidade Média ms Velocidade Corrigida ms Viscosidade Dinâmica Viscosidade Cinemática Erro Relativo Percentual 10 mm 8 mm 6 mm 5 mm Tabela 4 Dados para análise da água Repita o procedimento da etapa de determinação da viscosidade para preencher a tabela 5 Fluido 5w20 Diâmetro da Esfera Velocidade Média ms Velocidade Corrigida ms Viscosidade Dinâmica Viscosidade Cinemática Erro Relativo Percentual 10 mm 8 mm 6 mm 5 mm Tabela 5 Dados para análise do óleo 5w20 Repita o procedimento da etapa de determinação da viscosidade para preencher a tabela 6 Fluido Glicerina Diâmetro da Esfera Velocidade Média ms Velocidade Corrigida ms Viscosidade Dinâmica Viscosidade Cinemática Erro Relativo Percentual 10 mm 8 mm 6 mm 5 mm Tabela 6 Dados para análise da glicerina 10 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES 4 AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação de Resultados neste roteiro e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos 5 FINALIZANDO A PRÁTICA Desabilite o cronômetro e assegure que todas as esferas estão na mesa 11 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1 Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real Os valores encontrados da tabela 4 podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água Justifique 2 Quais são as principais fontes de erros para este experimento 3 Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real Os valores encontrados da tabela 5 podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água Justifique 4 Quais são as principais fontes de erros para este experimento 12 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES TUTORIAL VIRTUALAB 1 COMPREENDENDO O FUNCIONAMENTO DA PRÁTICA Utilize a barra de rolagem para realizar a leitura de todo o texto no guia clicando em FECHAR somente após a leitura Explore o menu de visualizações e teste cada uma das clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a câmera que deseja visualizar ou utilize atalhos no teclado 13 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES Explore agora o menu com os objetos clicando com o botão esquerdo do mouse sobre cada opção Note que cada item selecionado ficará com sombreamento vermelho 14 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES 2 ENCONTRANDO A VELOCIDADE DE ESCOAMENTO Ligue o cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele Explore o funcionamento do cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse no botão esquerdo do cronômetro para iniciarparar a contagem e no botão direito para reiniciar a contagem exibida no display Também é possível utilizar a tecla Espaço para iniciarparar a contagem 15 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES Entenda o funcionamento da escala de tempo do cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a escala Esta ferramenta é disponibilizada neste laboratório virtual pois alguns dos fenômenos observados durante os experimentos podem ser muito rápidos o que tornaria a obtenção de dados muito difícil Mova a esfera metálica de 10 mm para o tubo de água clicando com o botão do mouse sobre ela e apertando a tecla Q 16 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES Solte a esfera e cronometre o tempo de queda colocando o cursor do mouse sobre o tubo com água e pressione simultaneamente as tecla Q e ESPAÇO do teclado Pare o cronometro pressionando a tecla ESPAÇO e anote o valor disponível no visor do cronômetro 17 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES Eleve a esfera colocando o cursor do mouse sobre o tubo e pressionando a tecla Q Repita o procedimento de medição do tempo de queda mais três vezes preenchendo as medidas de tempo necessário para completar a coluna de tempo de queda para o diâmetro da esfera que está sendo utilizada A tabela que deve ser preenchida encontrase no item 2 desse roteiro Coloque a esfera na mesa colocando o cursor do mouse sobre o tubo e pressionando a tecla W Repita o procedimento realizado nesta etapa para as esferas metálicas com diâmetro de 8 6 e 5 mm completando a tabela 1 Repita o procedimento realizado nesta etapa para o tubo com água para os tubos com óleo 5W20 e com glicerina preenchendo as tabelas 2 e 3 18 ALGETEC SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP 40260215 Fone 71 32723504 Email contatoalgeteccombr Site wwwalgeteccombr LABORATÓRIO DE ENGENHARIA VISCOSÍMETRO DE STOKES 3 DETERMINANDO A VISCOSIDADE Volte para o passo 3 do procedimento neste roteiro e realize os cálculos necessários para determinar a viscosidade 4 AVALIANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação de Resultados neste roteiro e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos 5 FINALIZANDO A PRÁTICA Desabilite o cronômetro e assegure que todas as esferas estão na mesa experimento 2545 mm esfera diâmetro 300 mm comprimento do vidro passando pelo primeiro marcador ativase o cronometro passando pelo segundo para o cronometro óleo de tempera medição 1 00112 00147 x medição 2 00119 00122 00123 medição 3 00103 00106 00119 medição 4 00122 00119 00100 medição 5 00106 00120 00100 sabão medição 1 00044 00031 00074 medição 2 00057 00051 00041 medição 3 00053 00068 00061 medição 4 00053 00046 00041 AUDAX All Clean Sabonete Antisséptico Clorexidina pH pH Balanceado Mais limpeza e proteção AÇÃO MÁXIMA contra bactérias e fungos CONTEÚDO 5L Viscometro de STOKES STOKES viscosimet Viscometro de STOKES STOKES viscosimet All Clean All Clean All Clean UTFPR ENGENHARIA MECÂNICA SEU NOME VISCOSÍMETRO DE STOKES CURITIBA 2024 SUMÁRIO INTRODUÇÃO3 REFERENCIAL TEÓRICO3 RESULTADOS4 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS6 CONCLUSÃO7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS8 INTRODUÇÃO O presente relatório descreve os procedimentos e resultados obtidos no laboratório de viscosímetro de Stokes O objetivo deste experimento é determinar a viscosidade de diferentes fluidos por meio da medição da velocidade de queda de esferas metálicas em tubos contendo óleo de têmpera e sabão antisséptico Para alcançar esse objetivo foram utilizados materiais simples como cronômetro esferas tubos óleo de têmpera e sabão antisséptico O experimento é dividido em diversas etapas começando pela compreensão do funcionamento do laboratório e a realização das medições da velocidade de escoamento das esferas em cada fluido Posteriormente são realizados cálculos para determinar a viscosidade dos fluidos com base nos dados experimentais coletados A análise dos resultados inclui a comparação das viscosidades cinemáticas obtidas experimentalmente com os valores reais conhecidos Além disso são identificadas possíveis fontes de erro nos procedimentos experimentais Ao finalizar o experimento é importante desabilitar o cronômetro e garantir que todas as esferas estejam adequadamente posicionadas REFERENCIAL TEÓRICO O viscosímetro de Stokes é uma ferramenta importante para determinar a viscosidade de fluidos Desenvolvido com base nos princípios estabelecidos pelo físico britânico Sir George Gabriel Stokes esse dispositivo aproveita a Lei de Stokes para calcular a viscosidade dinâmica de um fluido através da queda de esferas em seu interior De acordo com a Lei de Stokes a força de arrasto experimentada por uma esfera em movimento num fluido viscoso é diretamente proporcional à sua velocidade e ao coeficiente de viscosidade do fluido Essa relação pode ser expressa pela seguinte equação Fd 6πηrv Onde Fd é a força de arrasto η é o coeficiente de viscosidade do fluido r é o raio da esfera e v é a velocidade da esfera A partir dessa equação é possível derivar a expressão para o cálculo da viscosidade dinâmica η η 2r²gρs ρf 9v Onde g é a aceleração devida à gravidade ρs é a densidade da esfera e ρf é a densidade do fluido Além disso para converter a viscosidade dinâmica em viscosidade cinemática podese utilizar a relação ν η ρf Esses conceitos teóricos serão aplicados no laboratório para determinar as viscosidades dos fluidos em estudo óleo de têmpera e sabão antisséptico Os resultados obtidos experimentalmente serão comparados com os valores conhecidos da literatura para validar o procedimento e identificar possíveis fontes de erro RESULTADOS A seguir apresentamos os resultados obtidos a partir dos experimentos realizados no laboratório de viscosímetro de Stokes Os dados coletados foram tabulados e analisados para determinar as viscosidades dos fluidos em estudo óleo de têmpera e sabão antisséptico Cada tabela contém as medições realizadas incluindo diâmetro da esfera tempo de queda distância percorrida velocidade média e velocidade corrigida Tubo com óleo de têmpera Medição Tempo de queda s Média do Tempo de queda s Distância Percorrida m Velocidade Média ms 1º 2º 3º Medição 1 000112 000147 x 000130 030 00033 Medição 2 000119 000122 000113 000054 030 00038 Medição 3 000103 000106 000119 000043 030 00043 Medição 4 000122 000119 000100 000054 030 00041 Medição 5 000106 000110 000100 000045 030 00046 Tubo com sabão Medição Tempo de queda s Média do Tempo de queda s Distância Percorrida m Velocidade Média ms 1º 2º 3º Medição 1 000044 000031 000114 000025 030 00060 Medição 2 000057 000041 000041 000033 030 00065 Medição 3 000053 000108 000101 000040 030 00049 Medição 4 000053 000046 000041 000033 030 00064 Dados Esfera de aço Diâmetro 2545 mm 00225 m Massa 66921 g 00669 kg Raio 12725 mm 00127 m Óleo de têmpera Densidade 08625 gcm³ 8625000 kgm³ Sabão Antisséptico Densidade 105 gcm³ 10500000 kgm³ Viscosidade Dinâmica μ 2Δρgr²9u Sendo ρeferera 775378 kgm³ ρóleodetêmpera 86250 kgm³ ρsabãoantisséptico 105000 kgm³ Δρóleodetêmpera 689128 kgm³ Δρsabãoantisséptico 86250 kgm³ g 981 ms² u Velocidade Corrigida ms Fluído Óleo de têmpera Medição Velocidade Média ms Velocidade Corrigida ms Viscosidade Dinâmica Viscosidade Cinemática Erro Relativo Percentual Medição 1 00033 00052 47221169 05475 3652 Medição 2 00038 00055 44033242 05105 4081 Medição 3 00043 00058 42154057 04887 4333 Medição 4 00041 00052 47146215 05466 3662 Medição 5 00046 00059 41412216 04801 4433 Fluído Sabão Medição Velocidade Média ms Velocidade Corrigida ms Viscosidade Dinâmica Viscosidade Cinemática Erro Relativo Percentual Medição 1 00060 00093 3283399 00313 4786 Medição 2 00065 00094 3250150 00310 5138 Medição 3 00049 00065 4664226 00444 5345 Medição 4 00064 00081 3747766 00357 4794 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS Ao comparar os valores experimentais de viscosidade cinemática com os valores reais conhecidos na literatura observamos que houve uma discrepância entre eles Tanto para o óleo de têmpera quanto para o sabão os valores experimentais se mostraram diferentes dos valores conhecidos Essa diferença pode ser atribuída a diversas razões No caso do óleo de têmpera os valores experimentais resultaram em viscosidades cinemáticas que divergiram dos valores conhecidos Essa discrepância pode ser explicada por possíveis variações nas propriedades do óleo utilizado no experimento em comparação com as propriedades típicas do óleo de têmpera encontrado na literatura Quanto ao sabão os valores experimentais também apresentaram diferenças em relação aos valores conhecidos Isso sugere que as propriedades do sabão utilizado no experimento podem não ter sido totalmente representativas das propriedades típicas de sabões reais Principais Fontes de Erros Precisão na Medição do Tempo de Queda A precisão na medição do tempo de queda das esferas pode ter sido afetada por fatores como o método de cronometragem possíveis erros humanos na marcação do tempo e imprecisões nos equipamentos de medição Calibração dos Equipamentos A falta de calibração dos equipamentos utilizados como cronômetros e instrumentos de medição de distância pode ter introduzido erros nos dados coletados Variações nas Propriedades dos Fluidos Variações nas propriedades físicas e químicas dos fluidos como densidade e viscosidade podem ter ocorrido devido a fatores como impurezas temperatura ou idade do fluido Homogeneidade dos Fluidos A uniformidade na composição e nas propriedades dos fluidos especialmente no caso do sabão pode não ter sido garantida durante a preparação dos fluidos para o experimento Condições Experimentais Fatores ambientais como temperatura e pressão podem ter influenciado as propriedades dos fluidos e consequentemente os resultados do experimento CONCLUSÃO Na conclusão do experimento observamos que os valores experimentais de viscosidade cinemática para o óleo de têmpera e o sabão apresentaram algumas discrepâncias em relação aos valores conhecidos na literatura Essas diferenças podem ser atribuídas a diversas fontes de erro durante o experimento como imprecisões na medição do tempo de queda das esferas variações nas propriedades dos fluidos e possíveis limitações dos equipamentos utilizados É importante ressaltar que apesar das divergências o experimento proporcionou uma oportunidade valiosa para explorar os princípios do viscosímetro de Stokes e entender a influência da viscosidade dos fluidos no movimento das esferas As discrepâncias nos resultados também destacam a importância da realização de experimentos adicionais com maior controle e precisão para validar e aprimorar os resultados obtidos Em suma a conclusão do experimento nos leva a reconhecer a complexidade e os desafios associados à determinação da viscosidade dos fluidos ao mesmo tempo em que ressalta a importância da prática experimental para o aprendizado e a compreensão dos conceitos científicos REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIRD R B STEWART W E LIGHTFOOT E N Transport Phenomena 2 ed John Wiley Sons 2007 WHITE F M Viscous Fluid Flow 4 ed McGrawHill Education 2016