ARTIGOS
Alexandre Barbosa Marques
Conhecer sobre a viscosidade dos fluidos é especialmente importante para os Técnicos em Mecânica porque suas atividades profissionais estão diretamente relacionadas a sistemas hidráulicos e pneumáticos em cujo desempenho a viscosidade muito influi. Técnicos que atuam em manutenção (automotiva, sistemas de automação hidráulica, etc.) e em instalações de Utilidades Industriais, incluindo sistemas de Refrigeração, freqüentemente envolvem-se com esta propriedade dos fluidos.
Não é muito comum aplicar a viscosidade dinâmica para os cálculos da maioria dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos em que um Técnico em Mecânica de nível médio possa estar envolvido. O mais comum é a utilização da viscosidade cinemática, que é calculada a partir da fórmula abaixo:
Uma outra forma de interpretar o que seja a viscosidade é considerá-la uma medida da dificuldade com que um fluido escoa. Por exemplo, os óleos combustíveis, tais como os óleos APF (alto ponto de fulgor) e BPF (baixo ponto de fulgor) utilizados em caldeiras, apresentam altos valores de viscosidade, o que dificulta muito seu bombeamento. Já os óleos lubrificantes têm valores bem menores, relativamente aos óleos combustíveis.
0 1,79 12 1,23 24 0,92 36 0,71 2 1,76 14 1,17 26 0,87 38 0,69 4 1,56 16 1,11 28 0,84 40 0,66 6 1,47 18 1,06 30 0,83 60 0,47 8 1,38 20 1,00 32 0,77 80 0,37 10 1,30 34 0,74 22 0,96 100 0,29
A tabela 2 mostra valores aproximados para a viscosidade do ar a diferentes temperaturas. Estes valores também são aplicáveis para o gás oxigênio.
20 1,4 80 2,3 40 1,8 100 2,5 60 2,0 120 2,7
Observe também que, enquanto a viscosidade diminui com o aumento da temperatura para os líquidos, no caso dos gases ocorre ao contrário.
Oportunamente, estudaremos a lubrificação de equipamentos mecânicos a baixas temperaturas.
Alexandre Barbosa Marques é professor da ETE República, Engº Mecânico, Mestrando de Tecnologia (CEFET-CSF-RJ), Engº de Desenvolvimento de Processos.
Conceito de viscosidade
De maneira bem resumida, Viscosidade é o conceito físico que mede o atrito entre suas moléculas enquanto os fluidos escoam. A viscosidade existe para fluidos líquidos e gasosos (ou vapores), mas tende a ser maior nos líquidos. No caso dos líquidos, a viscosidade tem origem na força de coesão das moléculas.
Imagine que uma quantidade de fluido esteja contida em um conduto e que esteja inicialmente parada. Ao iniciar seu movimento, as camadas de fluido correrão umas sobre as outras, a diferentes velocidades entre si. A experiência demonstra que as partículas mais afastadas das bordas têm velocidade maior que as outras. Na verdade, é possível estabelecer uma curva que mostra a variação da velocidade das diferentes camadas do fluido da borda até o centro do conduto. A fig. 1 ilustra este fenômeno.
Conforme podemos ver na fig.1, a velocidade da camada vizinha à borda do conduto é zero e varia até o seu valor máximo, que corresponde à camada do centro do conduto. A curva aonde as setas dos vetores das velocidades chegam, geralmente, tem a forma aproximada de uma parábola e é ela que descreve o perfil de velocidades do fluido no conduto.
Comportamento semelhante tem o ar que é impulsionado pelas pás de um ventilador. As moléculas que estão em contato direto com as pás têm velocidade nula, enquanto a velocidade das camadas mais afastadas tende a crescer até o limite imposto pelo trabalho do ventilador.
Existem dois tipos de viscosidade: a dinâmica e a cinemática.
Sendo assim, podemos avaliar a viscosidade dos líquidos medindo o tempo gasto para que uma determinada quantidade conhecida do líquido leva para escoar através de um orifício de diâmetro conhecido. Este processo descrito é, basicamente, o processo de medição da viscosidade com viscosímetros do tipo SSU (Saybolt Second Universal) e SSF (Second Saybolt Furol), ilustrados na fig. 2. A principal diferença entre os viscosímetros SSU e SSF é o diâmetro do furo no fundo. No SSF este furo é um pouco maior, pois este ensaio destina-se aos fluidos de viscosidade maior que o ensaio SSU. Em resumo, quanto maior o tempo necessário para o esvaziamento do reservatório, maior a viscosidade do líquido. Este ensaio é de fácil realização e o resultado é obtido imediatamente, tornando muito indicado para medições que não requeiram grande exatidão.
A viscosidade é uma propriedade do fluido que varia com as seguintes grandezas:
Temperatura – quanto maior a temperatura do líquido, menor será sua viscosidade.
Pressão – a viscosidade aumenta proporcionalmente a pressão para os óleos, enquanto que para a água é ao contrário.
Agitação – a viscosidade diminui com a agitação para gorduras e melaços, caracterizando estes fluidos como tixotróficos. Se a viscosidade aumentar com a agitação, como no caso de certas argamassas de argila, o fluido é chamado dilatante.
A tabela 1 mostra a variação da viscosidade cinemática da água em função da temperatura. Observe que os valores chegam a reduzir à metade, dependendo da variação de temperatura provocada.
Viscosidade e a lubrificação de automóveis
Você já reparou as informações dos rótulos das embalagens de óleos lubrificantes utilizados em automóveis? Lá constam, pelo menos, as seguintes informações, por exemplo: 20W-40. Você sabe o que isso significa?
De acordo com a Sociedade dos Engenheiros Automotivos – SAE – estas informações são relativas à viscosidade dos óleos lubrificantes. A primeira parte refere-se à viscosidade em dias frios ou com os motores frios (momento da partida). A segunda parte refere-se à viscosidade do óleo quando o motor já atingiu a temperatura de trabalho normal. Assim, o óleo em estudo pode ser classificado como multiviscoso, pois atende as exigências de viscosidade em faixas diferentes de temperaturas.
Mas cuidado! A viscosidade não é a única propriedade importante dos óleos lubrificantes. É preciso verificar outras exigências. Uma delas é a Classificação de serviço API, que mede o desempenho do óleo em condições específicas de teste. Estes testes consideram o nível de proteção, desgaste dos componentes, limpeza, contaminação, etc. obtidos com o uso do óleo que está sendo avaliado. Após os testes, o óleo recebe uma classificação API. Atualmente, algumas marcas de óleo lubrificante já atingem o nível SL, onde a letra S significa o tipo de veículo (no caso carros de passeio ciclo Otto – utilizam centelha) e a letra L significa a classificação propriamente dita.
No caso de veículos com motores diesel, a classificação API pode ser, por exemplo, CH, onde C é a inicial das palavras “comercial” e “compressão” e H é a letra da classificação propriamente dita.
As figuras 3 e 4 ilustram a evolução dessas classificações ao longo do tempo.
Fig. 3 – Evolução da Classificação API para veículos ciclo Otto.
Fig. 4 – Evolução da Classificação API para veículos ciclo Diesel.
Bibliografia:
MACINTYRE, Joseph Archibald. Bombas e instalações de bombeamento. Rio de Janeiro: LTC Editora, 1997.
STREETER, Victor L. Mecânica dos fluidos. São Paulo: McGraw Hill do Brasil, 1982.
Figuras extraídas do site www.castrol.com.br acessado em 10/06/04.
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