1. Introdução
O conceito de viscosidade está associado aos materiais fluidos. Os fluidos são substâncias que se deformam e se adaptam à geometria do recipiente que as contém; podem ser transvazados de um recipiente para outro, adaptando-se à forma geométrica do novo recipiente, escorrendo ou fluindo. Os fluidos podem ser mais ou menos consistentes ou espessos. A viscosidade é a característica dos fluidos que mostra a capacidade em deslizarem sobre si próprios ou em fluírem, quando em contacto com outros meios. Quantifica-se esta capacidade utilizando sensores. Ela é um dos parâmetros que, juntamente com a compressibilidade, estabelece a distinção entre os fluidos reais e os fluidos perfeitos, sendo estes últimos incompressíveis e com viscosidade nula, significando que o movimento das suas partículas se efectua sem fricção. De entre os tipos de fluidos existem normalmente duas grandes classes: a dos líquidos, que podem ser contidos num recipiente aberto superiormente, e a dos gases, que para serem confinados necessitam de um recipiente fechado (com excepção da atmosfera e de outras grandes extensões).
Unidades
A viscosidade dinâmica é a força tangencial necessária para manter uma diferença de velocidade de 1 m s−1 entre duas lâminas de fluido de 1 m2 de área, colocadas à distância de 1 m, uma da outra.
No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade de viscosidade dinâmica ou absoluta, μ, chama-se poiseuille[1], sendo o seu símbolo Pl, e a viscosidade cinética, ν, exprime-se em m2 s−1.
É usual o recurso às antigas unidades do sistema CGS (Centímetro, Grama e Segundo):
- Para a viscosidade dinâmica, μ, poise (P). Tem-se 1 P=1 dyn s cm−2. A partir da definição de viscosidade podem obter-se as relações 1 Pa s=10 P.
- Para a viscosidade cinética, ν, stokes[2] (St). Tem-se 1 St=1 cm2 s−1.
É frequente aparecerem os submúltiplos cP (centipoise) e cSt (centistokes).
Influência da temperatura e da pressão
A viscosidade de um fluido depende da temperatura e da pressão, variando, também, com o decorrer do tempo. A variação da viscosidade com a pressão é muito pouco significativa, podendo esta normalmente ser ignorada. No entanto, a sua variação com a temperatura é bastante apreciável. Na Figura 1 representam-se duas curvas de variação típica da viscosidade em função da temperatura, uma para gases e outra para líquidos. Chama-se a atenção para o decréscimo da viscosidade dos líquidos com o aumento de temperatura.
A diminuição da viscosidade de um fluido líquido com a subida de temperatura deve-se ao aumento da energia cinética que, para temperaturas mais elevadas, origina a quebra das ligações intermoleculares entre camadas adjacentes do líquido. Este fenómeno é bem conhecido dos utilizadores de óleos de lubrificação.
Para um fluido gasoso, a viscosidade resulta do salto de moléculas de uma camada do gás para a outra. A subida de temperatura provoca um aumento do número de colisões entre as moléculas, diminuindo a sua capacidade de se difundirem na direção devida, aumentando a viscosidade do gás.
Variação com o tempo
A viscosidade de um fluido pode variar com o decorrer do tempo. Os fluidos em que a viscosidade aumenta com o tempo chamam-se reopéticos e aqueles em que a viscosidade diminui com o tempo designam-se por tixotrópicos.
A variação da viscosidade com o tempo deve ser sempre tida em conta e, embora não exista uma regra geral precisa, esta tem tendência a aumentar com o passar do tempo.
2. Métodos industriais de medida
Os princípios utilizados para a medição da viscosidade em linha, tanto em tubagens como em reactores químicos são baseados na diferença de pressão e na amplitude de vibração.
2.1. Viscosímetro de pressão diferencial
O viscosímetro de pressão diferencial é constituído por um tubo, de secção circular, através do qual passa o fluido sob medida (ver a Figura 2). Se o escoamento se efectuar em regime laminar, a diferença de pressão aos terminais do tubo é proporcional ao caudal que o atravessa, podendo-se aplicar a equação de Hagen-Poiseuille[3].
Recorde-se que se o escoamento de um fluido, através de uma tubagem de secção circular, se efetuar em regime laminar, o número de Reynolds é Re < 2000, e em regime turbulento, Re > 7000. Neste viscosímetro é necessário conhecer-se o caudal do fluido, que é normalmente controlado, para um valor constante, por meio de uma bomba volumétrica. Em princípio, o dispositivo calcula a viscosidade absoluta, à temperatura a que se encontra o fluido, medindo uma pressão diferencial.
[1]Jean Léonard Marie Poiseuille, físico francês, 1797 – 1869.
[2]Sir George Gabriel Stokes, físico e matemático irlandês, 1819 – 1903.
[3]Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen, engenheiro civil germânico com importantes contributos na dinâmica dos fluidos, 1797 – 1884.
Rui Vilela Dionísio
Departamento de Engenharia de Sistemas Industriais e Recursos Naturais
Escola Superior de Tecnologia de Setúbal do Instituto Politécnico de Setúbal
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* Artigo redigido segundo o Antigo Acordo Ortográfico
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