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DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA VISCOSIDADE DE FLUIDOS A ALTA PRESSÃO PELO MÉTODO DO CRISTAL DE QUARTZO EM VIBRAÇÃO TORSIONAL

RESUMO

Foi construída uma instalação de medida da viscosidade de fluidos baseada no método do Cristal de Quartzo em Vibração Torsional, considerado o mais adequado ao trabalho a alta pressão, capaz de medir viscosidades entre 10 mPa.s e 100 mPa.s para pressões até 250 MPa e temperaturas entre 280K e 400K.

A instalação foi automatizada, de modo a aumentar a  reprodutibilidade, exactidão e rapidez de execução das medidas de viscosidade efectuadas, sendo as leituras, o controlo e medida de temperatura e a medida de pressão completamente comandados a partir de um computador, por um programa concebido para esse fim.

A extrema sensibilidade do transdutor às variações de temperatura motivou o desenvolvimento de um sistema de controlo de temperatura capaz de manter esta variável indefinidamente estável e reprodutível, a ±1 mK.

Realizaram-se medidas da viscosidade de Tolueno e Benzeno respectivamente entre 298K e 373K e, entre 298K e 348K, para pressões até à linha de fusão ou até 200 MPa, que permitiram comprovar o bom funcionamento da instalação de medida de viscosidade de fluidos a alta pressão, estabelecer a exactidão das medidas em 0,5% e ainda estender a gama de valores de viscosidade medidos para estas substâncias.

Os valores de viscosidade obtidos foram correlacionados, para fins de descrição e interpolação por uma equação do tipo Tait, capaz de descrever os valores experimentais sem degradação da exactidão das medidas.

O modelo de van der Waals, tal como modificado por Dymond, pela introdução da dependência do volume molecular em relação à temperatura e pela utilização de factores correctivos obtidos a partir de estudos de dinâmica molecular sobre fluidos de esferas rígidas por Alder et al., foi aplicado aos valores experimentais de viscosidade, tendo-se obtido um acordo a menos de 2%. Esta concordância é idêntica ao acordo entre os valores de viscosidade estabelecidos por laboratórios diferentes para a mesma substância por métodos quer idênticos quer diferentes.

 

ÍNDICE

1. VISCOSIDADE DE FLUIDOS A ALTA PRESSÃO

1.1. Introdução

1.2. Métodos de medida de viscosidade a alta pressão

1.3. Certificação do instrumento

1.4. Bibliografia

2. MÉTODO DO CRISTAL DE QUARTZO EM VIBRAÇÃO TORSIONAL

2.1. Introdução

2.2. O Transdutor

2.2.1. Material e propriedades

2.2.1.1. Quartzo-alfa

2.3. Movimento torsional

2.3.1. Forma e dimensões

2.4. Teoria do método

2.4.1. O fundamento do método

2.4.2. Desenvolvimento da equação de trabalho

2.4.2.1. Algumas considerações sobre a conversão / dissipação de energia eléctrica no cristal

2.4.3. Determinação de f, f, f0 e Df0

2.4.3.1. Cristal em vácuo

2.4.3.2. Cristal imerso no fluido em estudo

2.5. Bibliografia

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. Introdução

3.2. A instalação

3.2.1. Transdutor

3.2.1.1. Suporte

3.2.1.2. Montagem

3.2.2. Células de medida

3.2.2.1. Célula de alta pressão

3.2.2.2. Célula de vácuo

3.2.3. Linha de vácuo

3.2.4. Linha de destilação fraccionada

3.2.5. Controlo e medida de temperatura

3.2.5.1. Controlo de temperatura

3.2.5.1.1. Banho termostático e seus subsistemas

3.2.5.1.2. Termoregulador de mercúrio-tolueno

3.2.5.1.3. Termistor

3.2.5.1.4. Termómetro de platina

3.2.5.2. Medida de temperatura

3.2.6. Linha de alta pressão

3.2.7. Medida das propriedades eléctricas do cristal de quartzo

3.2.7.1. Instalação manual

3.2.7.2. Instalação automática

3.2.8. Aquisição de dados

3.2.8.1. Computador, interfaces e aparelhos de medida

3.2.8.2. Controlador de periféricos

3.2.8.3. Caixa de comutação

3.2.8.4. Unidade de Alimentação

3.2.8.5. Programa de aquisição

3.2.8.6. Calibrações

3.3. Os fluidos

3.3.1. Purificação dos fluidos

3.3.1.1. O material de vidro

3.3.1.2. A destilação fraccionada

3.3.2. Análise por cromatografia gasosa

3.3.2.1. O tolueno

3.3.2.2. O benzeno

3.4. Procedimento experimental

3.4.1. Preparação e enchimento da célula viscosimétrica

3.4.2. Montagem da célula viscosimétrica

3.4.3. Medida da capacidade e conductância

3.4.3.1. Instalação manual

3.4.3.2. Instalação automática

3.4.4. Aquisição de dados

3.5. Os resultados experimentais

3.5.1. Ficheiros DAT

3.5.2. Informação experimental

3.5.2.1. Tolueno

3.5.2.2. Benzeno

3.6. Bibliografia

4. TRATAMENTO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

4.1. Introdução

4.2. Tratamento dos dados experimentais

4.2.1. Determinação dos valores de f e Df

4.2.1.1. Ficheiros ZAS

4.2.1.2. Equação de ajuste de f e Df

4.2.1.3. Métodos de ajuste

4.2.1.4. Programa de ajuste

4.2.1.5. Ficheiros OUT e PRN

4.2.2. Equação de trabalho

4.2.2.1. Cálculo do termo (M/S)

4.2.2.2. Cálculo do termo (Df0/f0)

4.2.3. Determinação das Viscosidades

4.2.3.1. Ficheiros WQ!

4.2.3.2. Viscosidade do Tolueno

4.2.3.3. Viscosidade do Benzeno

4.3. Análise dos resultados obtidos

4.3.1. Estimativas da qualidade das medidas de viscosidade de fluidos pelo método do cristal de quartzo em vibração torsional

4.3.2. Representação da viscosidade em função da pressão e temperatura por equações do tipo Tait

4.3.3. Comparação com outros autores

4.3.3.1. Viscosidade do tolueno

4.3.3.2. Viscosidade do benzeno

4.3.4. Teorias da viscosidade de líquidos

4.3.4.1. Efeito da pressão na viscosidade

4.4. Conclusões

4.5. Bibliografia

ANEXOS

Anexo 1 - Esquemas eléctricos e desenhos dos respectivos circuitos impressos

Anexo 2 - Programas de aquisição, ajuste e ficheiro de dados

 

 

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