CONSTRUÇÂO DE UM VISCOSÍMETRO DE MASSARANI
Priscila Maysa Silva Ramos (ICV-UNICENTRO), Maurício Rigo (Orientador – Dep.
de Engenharia de Alimentos/Unicentro), email: [email protected]
Palavras-chave: reologia, tubo de Massarani, viscosidade.
Resumo:
O viscosímetro de Massarani é uma adaptação do viscosímetro capilar,
onde a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação são calculadas pelas
equações de escoamento em regime laminar para dutos circulares. Neste
trabalho, foi montado um viscosímetro de Massarani que foi empregado para
medir a viscosidade de soluções de sacarose a diferentes concentrações. A
viscosidade das soluções, a 22ºC, com 30 e 40% de sacarose foram de 1,8 x 10-3
e 3,1 x 10-3 kg / ms, respectivamente.
Introdução
Reologia é o estudo da deformação e escoamento de materiais, devido a
forças nele aplicadas. As propriedades reológicas dos materiais são mensuradas
por diversas razões: controle de qualidade de matérias-primas e produtos, controle
do processo de produção, projeto de equipamentos. Na área de alimentos as
propriedades reológicas são importantes na verificação da vida de prateleira e
avaliação da textura de alimentos através da correlação com dados experimentais.
Neste trabalho foi montado um viscosímetro de Massarani para medir as
propriedades reológicas de alguns fluidos newtonianos comuns à indústria de
alimentos. O aparelho é de fácil construção, mudando-se o diâmetro do tubo pode
ser empregado para medição de viscosidade de uma grande variedade de fluídos.
Não é útil para fluídos muito consistentes que precisam de altas tensões para
escoar.
Materiais e Métodos
O equipamento utilizado para medir as propriedades reológicas de fluidos
newtonianos foi o viscosímetro de Massarani, o qual foi montado empregando-se
um frasco de Mariotte, com uma rolha de borracha conectada a sua saída e uma
mangueira de silicone de 151 cm de comprimento e 2,335 mm de diâmetro
conectada a essa rolha (Figura 1). Uma rolha de borracha com uma pipeta
posicionada no topo do frasco foi usada para permitir a entrada de ar até o nível
da saída do fluido na base do frasco de Mariotte, para manter a pressão constante
na base do frasco e com isso permitir que a vazão de fluido independa do nível do
frasco.
O fluido era colocado no frasco, pesava-se o recipiente no qual era coletada
a amostra, ajustava a saída da mangueira a uma determinada altura e media essa
altura. A vazão era determinada acionando simultaneamente o cronômetro e
coletando a amostra no tempo determinado. Após retirado o recipiente, pesava-o.
Para cada altura, obtinha os dados de vazão por triplicata. Repetia-se o
procedimento para outras diferenças de alturas.
Os experimentos foram feitos com concentrações de 10, 20, 30 e 40% (m/v)
de sacarose, mantendo-se a temperatura constante em 22ºC.
Figura 1 – Viscosímetro montado
Resultados e Discussão
Para obtenção das viscosidades das soluções de sacarose foram feitos os
gráficos de taxa de deformação versus tensão de cisalhamento de cada
concentração investigada, o valor da tangente da inclinação da reta que melhor
ajustou os pontos experimentais é a viscosidade do fluido.
τ=
ρ ∗ g ∗ ∆H ∗ D
Equação 1: perfil de tensão de cisalhamento.
4∗ L
τ = Tensão de cisalhamento; g = aceleração da gravidade; ∆ H = altura da
coluna de fluido; D = diâmetro da mangueira; L = comprimento da mangueira.
32 ∗ V&
Equação 2: taxa de deformação.
π ∗ D3
γ = taxa de deformação; V& = vazão volumétrica; D 3 = diâmetro do tubo.
γ& =
2
Tensão de cisalhamento (Kg/ms )
5
4,5
y = 0,0031x
4
2
R = 0,9985
3,5
3
2,5
2
1,5
600
800
1000
1200
1400
1600
-1
Taxa de deformação (s )
Gráfico 1 - Taxa de deformação versus tensão de cisalhamento para solução com 40 % (m/v) de sacarose.
Tabela 1: Valores de viscosidade a 22 ºC para solução de sacarose.
Concentração
Viscosidade Viscosidade
(%, m/v)
Experimental Binghan (1919)
(kg/ms)
(kg/ms)
-3
10
1,1 x 10
20
1,5 x 10-3
1,2 x 10-3
30
1,8 x 10-3
3,1 x 10-3
-3
40
3,1 x 10
6,2 x 10-3
Os valores de viscosidade de solução de sacarose a diferentes
concentrações obtidos neste trabalho são da mesma ordem de grandeza dos
valores obtidos por Binghan em 1919. Embora para solução de 40 % de sacarose
os valores obtidos fossem metade dos reportados por Binghan, cabe ressaltar que
a metodologia empregada na medição não foi à mesma.
Conclusões
O aparelho proporcionou resultados de viscosidade na mesma ordem de
grandeza da literatura consultada, o que mostra que a utilização do mesmo pode
ser feita para líquidos newtonianos, sem maiores problemas.
Referências
J.F Steffe; Rheological Methods in Food Process Engineering, Ed.:Freeman Press,
East Lansing, 1996.
E. C. Binghan & R. F. Jackson. Bur Standart Bul, v. 14, n. 59, (1919).