MEDIDA DE VISCOSIDADE DE ÓLEOS LUBRIFICANTES UTILIZANDO MATERIAL DE BAIXO CUSTO E VÍDEO ANÁLISE

## MEDIDA DE VISCOSIDADE DE ÓLEOS LUBRIFICANTES UTILIZANDO MATERIAL DE BAIXO CUSTO E VÍDEO ANÁLISE

Sharon Dantas da Cunha 1 , Kytéria Sabina Lopes de Figueredo 2

- 1 Universidade Federal Rural do Semi-Árido/Centro Multidisciplinar de Pau dos Ferros/Departamento de Ciências Exatas e Naturais, sharondantas@ufersa.edu.br
- 2 Universidade Federal Rural do Semi-Árido/Centro Multidisciplinar de Pau dos Ferros/Departamento de Ciências Exatas e Naturais, kyteria.figueredo@ufersa.edu.br

Palavras-chave : Lei de Stokes, Experimento de baixo custo, Tracker.

## Resumo expandido

- O primeiro conceito de fluido apresentado nos cursos de física básica aos estudantes de graduação das áreas de ciências Exatas e Engenharia é o modelo idealizado, denominado de fluido ideal. Na prática este fluido não existe devido à presença da viscosidade, pois mesmo a água possui viscosidade, e como observado pelo Lorde Rayleigh, as hélices dos navios não funcionariam se a água do mar fosse não viscosa (HALLIDAY, RESNIK e WALKER, 2016). Ao apresentar o conceito de viscosidade na sala de aula, e como o seu comportamento pode ser visto na prática, o comportamento do mel é o primeiro exemplo citado. Outro exemplo é o óleo lubrificante usado nos motores de motos e carros. Porém foi observado que muitos não sabem diferenciar qual óleo é mais viscoso através do rótulo. Contextualizado o conceito de viscosidade, este trabalho propõe um experimento de baixo custo usando esferas de aço, uma garrafa PET de 510 ml, um celular ou câmera com boa resolução, meio litro de óleo SAE 20W50, uma fita métrica, e instrumentos de medida presente na maioria dos laboratórios de ensino de física, como balança digital, paquímetro ou micrômetro, e termômetro. Além disso, para melhorar os resultados obtidos foi utilizado um densímetro para medir a densidade do óleo. Na ausência do densímetro pode ser usado o valor fornecido pelo fabricante, porém é necessário aumentar a incerteza desta medida já que este valor é para uma temperatura de aproximadamente 15,6 °C.
- O experimento proposto fundamenta-se no processo operacional do viscosímetro de Stokes que se baseia na determinação da velocidade de queda de uma esfera através do fluido do qual se deseja obter a viscosidade. O óleo utilizado no experimento é do tipo multiviscoso, onde neste momento os alunos passam a compreender que neste tipo de óleo, a viscosidade muda dependendo da faixa de temperatura utilizada, bem como sua classificação SAE (Society of Automotive Engineers). Para realizar o experimento são feitas as medidas de massa, diâmetros das esferas, temperatura, densidade do óleo, e instalação do sistema para medir a viscosidade conforme a Figura 01.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

19 a 30 de julho de 2021 - Online

Figura 01: Sistema para medir viscosidade.

<!-- image -->

As esferas são soltas no óleo, e seu movimento é filmado com o auxílio de um celular ou câmera digital. No experimento é sugerido o uso de um óleo claro. Na sequência, o vídeo é exportado para um computador, para que a velocidade terminal da esfera possa ser obtida através do software livre de vídeo-análise Tracker (BROWN, CHRISTIAN e HANSON). Após a calibração, e medidas obtidas com o software, os dados foram exportados para uma planilha eletrônica, e observou-se uma dependência da viscosidade com o diâmetro das esferas. Foi medido o erro instrumental das medidas obtidas pelos instrumentos, e o desvio padrão, para o erro da velocidade. A metodologia utilizada para obter a viscosidade foi a descrita por Lev Vertchenko e Larissa Vertchenko (VERTCHENKO e VERTCHENKO, 2017). A Figura 02 apresenta o comportamento da viscosidade dinâmica (η) versus v*d, e a regressão linear dos dados. A barra de erro dos dados utilizados e obtida através da técnica de propagação de erros (TAYLOR,2012). A constante da regressão linear (2,47±0,06 poises) é o valor da viscosidade dinâmica na temperatura que foi realizada o experimento.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 02: η versus v*d e regressão linear dos dados.

<!-- image -->

Para comparar o valor obtido no experimento foi utilizado valores de viscosidade cinemática para o óleo obtidos na internet (Automotive Fluids). O experimento foi realizado a uma temperatura de 31,5 ° C, e através de interpolação cúbica foi obtido o valor de 279,3 cSt. Através do produto da viscosidade cinemática interpolada e a densidade do óleo foi obtido a viscosidade dinâmica (2,42±0,06). Comparando com o valor obtido no experimento, o erro relativo percentual foi de 2,1%.

A contextualização dos conceitos da física motiva o aluno e aumenta seu interesse no aprendizado. O experimento proposto usa materiais de baixo custo e instrumentos de medida presentes na grande maioria dos laboratórios de ensino, esferas, uma garrafa PET, um celular ou câmera digital, que aliado a técnica de vídeo análise, foi possível obter a viscosidade de óleos lubrificantes automotivos. Apesar de não conhecer o comportamento da viscosidade versus temperatura do fabricante do óleo utilizado no experimento, o valor interpolado dos dados encontrado na literatura serve como referência para obter o erro relativo da grandeza obtida no experimento, já que é esperado um comportamento análogo aos óleos de mesma classificação SAE. O erro relativo percentual de 2% mostra a eficácia do experimento proposto neste trabalho.

## Referências

Automotive Fluids - Lubricating Oils &amp; Greases, Fuels, Coolants &amp; Brake Fluids. Disponível em: https://www.kewengineering.co.uk/Auto\_oils/oil\_viscosity\_explained.htm. Acesso em: 11 de março de 2021.

BROWN, D.; CHRISTIAN, W.; HANSON, R. Tracker Video analysis and modeling tool. Disponível em: https://physlets.org/tracker/ Acesso em: 11 de março de 2021.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

HALLIDAY, D.; RESNIK, W.; WALKER, J. Fundamentos de física, volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica . 10. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016.

TAYLOR, J. R. Introdução à Análise de Erros . Porto Alegre: Bookman, 2012.

VERTCHENKO, LEV e VERTCHENKO, L. Determinação da viscosidade por meio da velocidade terminal: uso da força de arrasto com termo quadrático na velocidade. Rev. Bras. de Ensino de Física, 39(4), e4304 (2017). Disponível em: http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2017-0041 Acesso em 28 de janeiro de 2021.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_