FENÔMENOS DE TRANSPORTES I LEITURA COMPLEMENTAR

FENÔMENOS DE TRANSPORTES I
LEITURA COMPLEMENTAR – VISCOSIDADE
Devido à fluidez ocorre a fácil mudança da forma do fluido sob ação de uma tensão cisalhante. Em
virtude da coesão molecular (atrito interno entre as moléculas do fluido) surge a viscosidade, que é a
resistência do fluido ao cisalhamento. Portanto a viscosidade é contrária a fluidez.
Os líquidos mais viscosos têm baixa fluidez e vice-versa. Tanto a viscosidade quanto a fluidez são
propriedades características de cada fluido que se manifestam no seu interior, independente do material
sólido com que estão em contato. A pressão não interfere na viscosidade de um fluido, exceto em condições
excepcionais.
Entendemos por viscosidade dinâmica (µ) aquela que surge diretamente da Lei de Newton da
Viscosidade. Os fluidos que obedecem ao que é observado nesta lei são chamados de fluidos Newtonianos
(apresentam proporcionalidade entre as taxas de tensão de cisalhamento e o gradiente de velocidades entre
as placas paralelas).
Sabemos que a massa de um corpo é uma característica da quantidade de matéria contida neste
corpo, isto é, trata-se da inércia que o corpo opõe ao movimento. Em análises cinemáticas os efeitos da
viscosidade serão tanto maiores quanto menor a inércia do fluido, ou seja, quanto menor sua massa específica
(ρ). Então é útil estabelecer a razão entre a viscosidade dinâmica do fluido e a sua massa específica, estando,
portanto, definida a viscosidade cinemática (ν) como sendo a relação entre a viscosidade dinâmica e a massa
específica do fluido.
VISCOSÍMETROS
São aparelhos de laboratório que fornecem a viscosidade cinemática (ν) em unidades específicas. Em
geral, determina-se nos viscosímetros um intervalo de tempo (Δt) que certo volume do fluido gasta para
escoar através de um orifício ou de um tubo padronizado. Na Europa empresa-se o viscosímetro Engler,
medindo a viscosidade cinemática em “Graus Engler”. Neste caso o grau de viscosidade é a razão entre o
escoamento de 200cm³ do fluido em questão e o tempo de escoamento da mesma quantidade de água a 20oC
através de um tubo padronizado. Esta escala também é chamada alternativamente de “Segundos Engler”.
Particularmente na Inglaterra também se usa o viscosímetro Redwood, que escoa 50cm³ de fluido.
Nos Estados Unidos usa-se habitualmente o viscosímetro Saybolt Universal para pequenas e médias
viscosidades, que se exprime em SSU (Segundos Saybolt Universal). Nele determina-se o total de segundos
necessários para escoarem 60cm³ do fluido a uma temperatura conhecida através de um tubo padronizado.
Para viscosidades mais elevadas utiliza-se o viscosímetro Saybolt FUROL (Fuel and Road Oils) que são expressas
em SSF. Sua determinação é semelhante ao SU, porém utiliza-se um tubo de diâmetro maior.
Existem diversos outros tipos de viscosímetro, sendo que a maioria deles emprega o mesmo
funcionamento básico já descrito; alguns empregam a Lei de Stokes, seja com esferas em queda dentro de um
tubo preenchido com o fluido analisado ou até mesmo uma bolha de ar ascendente em um tubo preenchido
com o fluido analisado. Mas o tipo de viscosímetro mais interessante e onde se visualiza mais claramente a Lei
de Newton da Viscosidade, são os viscosímetros de cilindros concêntricos que consiste em obter o torque
necessário a se aplicar em um eixo acoplado ao cilindro interno de forma a garantir que ele gire em uma
velocidade pré-determinada sendo que no espaço entre o cilindro interno e o externo existe o fluido
analisado.
Tendo em vista a grande variação da viscosidade com a temperatura, todos os viscosímetros possuem
sua temperatura bastante controlada de forma que a temperatura seja sempre apresentada juntamente com
a viscosidade obtida.
Conforme o tempo Δt em SSU, os óleos lubrificantes para motores de veículos são classificados sob a
sigla SAE (Society of Automotive Engineer).
Esta classificação é feita associando-se um número puro à viscosidade determinada em laboratório.
Quanto maior o número, maior será a viscosidade. A classificação SAE divide os óleos lubrificantes em dois
grupos:
– Óleos de “grau de inverno”: Óleos que possibilitem uma fácil e rápida movimentação, tanto do
mecanismo quanto do próprio óleo, mesmo em condições de frio rigoroso ou na partida a frio do motor, e cuja
viscosidade é medida a baixas temperaturas e tem a letra W acompanhando o número de classificação.
Os testes para óleos de grau de inverno levam em consideração a resistência que o mesmo oferecerá
na partida a frio do motor e a facilidade de bombeamento e circulação em baixas temperaturas.
– Óleos de “grau de verão”: Óleos que trabalhem em altas temperaturas, sem o rompimento de sua
película lubrificante, pois quanto mais quente o óleo, menos viscoso ele se apresenta.
Os óleos de grau de verão têm portanto sua viscosidade medida a altas temperaturas e não possuem a
letra W. Os testes dos óleos de grau de verão verificam a operabilidade do lubrificante em altas temperaturas,
ou seja, a sua capacidade de oferecer proteção em regimes extremos.
Existem óleos que, ao mesmo tempo, atendem a estas duas exigências, é o caso dos Óleos
Multiviscosos, cuja classificação reune graus de óleos de inverno e de verão.
Os números que aparecem nas embalagens dos óleos lubrificantes automotivos (30, 40, 20W/40, etc.)
correspondem à classificação da SAE, que se baseia na viscosidade dos óleos a 100°C, apresentando duas
escalas:
0W até 25W – Escala de baixa temperatura.
25W até 60W – Escala de alta temperatura.
A letra “W” significa “Winter” (inverno, em inglês) e ela faz parte do primeiro número, como
complemento para identificação. Quanto maior o número, maior a viscosidade, para o óleo suportar maiores
temperaturas. Graus menores suportam baixas temperaturas sem se solidificar ou prejudicar a
bombeabilidade. Um óleo do tipo monograu só pode ser classificado em um tipo escala, já um óleo com um
índice de viscosidade maior pode ser enquadrado nas duas faixas de temperatura, por apresentar menor
variação de viscosidade em virtude da alteração da temperatura.
Desta forma, um óleo multigrau SAE 20W/40 se comporta a baixa temperatura como um óleo 20W
reduzindo o desgaste na partida do motor ainda frio e em alta temperatura se comporta como um óleo SAE
40, tendo uma ampla faixa de utilização.
FÓRMULA GERAL DOS VISCOSÍMETROS
ν A. ∆t B
∆t
Onde ν = viscosidade cinemática em centistokes e A e B são constantes que obedecem a tabela abaixo:
VISCOSÍMETRO
SSU – Δt < 100s
SSU – Δt > 100s
Redwood
Engler
A
0,226
0,220
0,260
0,147
B
195
135
171
374