Calculadora da Viscosidade da Água

A calculadora da viscosidade da água da Omni ajudará você a determinar a viscosidade da água à temperatura ambiente ou a qualquer temperatura, mesmo aquelas acima de $300\ \mathrm{\degree C}$! Nesta calculadora, você aprenderá o que é a viscosidade absoluta da água (comumente conhecida como viscosidade dinâmica) e como convertê-la em viscosidade cinemática. Você também aprenderá a calcular a viscosidade da água e o efeito da temperatura sobre a viscosidade da água usando vários métodos.

Essa calculadora da viscosidade da água fornece um gráfico e uma tabela de viscosidade da água em relação à temperatura para que você possa fazer referência aos efeitos que a temperatura tem sobre a viscosidade e a densidade da água. Nossos gráficos e tabelas são gerados em unidades do SI. Continue lendo para saber mais!

A viscosidade é a medida da resistência de um fluido ao fluxo. Quanto maior a viscosidade de um fluido (líquido ou gás), mais lentamente ele atravessa uma superfície. Imagine que você coloque mel em sua torrada ou em um waffle no café da manhã. O mel, um fluido muito viscoso, seria derramado mais lentamente do que quando você derrama leite sobre o cereal, pois a viscosidade do leite é muito menor. Também podemos expressar a viscosidade como o atrito interno de um fluido em movimento. A atração entre as moléculas de um fluido viscoso é muito maior do que a de um fluido menos viscoso.

No entanto, quando aplicamos calor ou energia térmica adicional aos nossos fluidos, suas moléculas começam a se mover mais rapidamente. Como resultado, nos gases, as moléculas sofrem mais atrito umas com as outras, o que faz com que fluam mais lentamente e se tornem viscosas. Nos líquidos, quando as moléculas começam a se mover mais rapidamente, a atração entre elas enfraquece. Esse enfraquecimento faz com que as moléculas do líquido se movam mais livremente e, portanto, com uma viscosidade menor.

Neste artigo, vamos nos concentrar mais na viscosidade dos líquidos, especificamente na viscosidade cinemática e na viscosidade dinâmica da água. Ao lidar com viscosidades, quando mencionamos "viscosidade", na verdade, queremos dizer viscosidade dinâmica. A viscosidade dinâmica, ou a viscosidade absoluta da água, ou de qualquer fluido, é proporcional à tensão de cisalhamento tangencial por unidade de área necessária para mover uma placa a uma velocidade constante sobre outra placa de fluido, como em um escoamento de Couette, visto na figura abaixo:

Quanto maior for a força ou a tensão necessária para mover a placa, mais viscoso será o fluido. Ao escolhermos entre as duas viscosidades, vale a pena observar que a viscosidade dinâmica nos informa sobre a força necessária para mover o fluido em uma determinada velocidade. Por outro lado, a viscosidade cinemática informa sobre a velocidade que o fluido atinge quando uma determinada força é aplicada sobre ele.

Podemos medir a viscosidade dinâmica em milipascal⋅segundo ($\mathrm{mPa\cdot s}$) ou com um equivalente mais sofisticado chamado "centipoise". Por outro lado, podemos expressar a viscosidade cinemática em milímetros quadrados por segundo ($\mathrm{mm^2/s}$), que também tem uma unidade equivalente chamada "centistokes". Para simplificar este texto usaremos milipascal-segundo e milímetros quadrados por segundo para viscosidade dinâmica e viscosidade cinemática, respectivamente.

No entanto, se você precisar expressar a viscosidade da água em unidades imperiais sempre poderá converter a unidade milipascal em libra-força por pé quadrado e os milímetros quadrados em polegadas quadradas, para a viscosidade dinâmica e a viscosidade cinemática, respectivamente. Você pode usar o nosso conversor de pressão 🇺🇸 e o nosso conversor de área para esses procedimentos, especialmente se tiver muitos valores para converter.

A água, por ser o líquido mais estudado, é o melhor fluido para você começar a aprender sobre viscosidade. A viscosidade dinâmica da água à temperatura ambiente tem um valor em torno de $1{,}0\ \mathrm{mPa\cdot s}$, e diminui à medida que a temperatura aumenta. Esse valor é a viscosidade da água em $20\ \mathrm{\degree C}$. Abaixo você encontra um gráfico da viscosidade da água em relação à temperatura, mostrando o efeito desta última sobre a viscosidade dinâmica e a viscosidade cinemática da água.

O gráfico da viscosidade da água em relação à temperatura é uma representação visual dos dados da tabela abaixo. Foram feitos experimentos em diferentes temperaturas para obter esses dados. Na tabela abaixo, também incluímos a densidade da água, pois ela tem um papel crucial na conversão da viscosidade dinâmica em viscosidade cinemática (algo que podemos fazer no conversor de poise para stokes 🇺🇸 da Omni), como você verá na próxima seção deste texto.

Para usar a calculadora, insira a temperatura para a qual você deseja saber as viscosidades da água. Você também pode passar o mouse (usando computadores) ou arrastar (usando smartphones) sobre o gráfico em nossa calculadora para ver os valores de viscosidade em qualquer temperatura.

Como um bônus, também incluímos em nossa calculadora os valores de densidade da água em qualquer temperatura.

Para determinar a viscosidade da água em qualquer temperatura, podemos usar a tabela ou o gráfico da viscosidade da água em relação à temperatura fornecido na seção "Qual é a viscosidade da água?", e usar o método de interpolação (o qual podemos aprender em detalhes na calculadora de interpolação linear 🇺🇸 da Omni), para outras temperaturas não apresentadas na tabela. Usando o gráfico, podemos aproximar a temperatura que queremos e, em seguida, (1) desenhar uma linha vertical do eixo x até a intersecção com a curva e (2) traçar uma linha horizontal desde essa intersecção até o eixo y. O valor encontrado no eixo y indicará a viscosidade aproximada da água para a temperatura do eixo x. No exemplo mostrado abaixo, a viscosidade é de $0{,}25\ \mathrm{mPa\cdot s}$ para a temperatura de $125\ \mathrm{\degree C}$.

Independentemente do método que você decidir escolher (usar a calculadora da viscosidade da água com o método de interpolação ou desenhar linhas), você poderá obter os valores da viscosidade da água (dinâmica e cinemática).

No entanto, é uma boa prática que você escolha apenas um método ao comparar vários valores de viscosidade em diferentes temperaturas. Dessa forma, os conceitos por trás dos valores que você obtém serão consistentes e apropriados. De qualquer maneira, escolheríamos o primeiro método (o método de interpolação) porque ele é mais preciso do que desenhar linhas verticais e horizontais em um gráfico.

Além de calcular a viscosidade dinâmica da água, talvez também seja necessário determinar a viscosidade cinemática da água em qualquer temperatura. Você também pode usar o gráfico ou a tabela da viscosidade-temperatura da água fornecida neste texto e seguir as mesmas instruções detalhadas acima. Também podemos calcular a viscosidade cinemática da água a partir da viscosidade dinâmica, dividindo a viscosidade dinâmica pela densidade, conforme mostrado abaixo:

onde:

• $\nu_T$: viscosidade cinemática na temperatura $T$;
• $\eta_T$ : viscosidade dinâmica na temperatura $T$; e
• $\rho_T$: densidade da água na temperatura $T$.

Observe que a temperatura também afeta a densidade da água e que toda a interpolação linear necessária deve ser feita antes do cálculo. Digamos que você tenha calculado anteriormente a densidade da água em $78\ \mathrm{\degree C}$ para ser aproximadamente igual a $0{,}973\ \mathrm{g/cm^3}$. Além disso, usando o método de interpolação, descobrimos que a viscosidade dinâmica da água em $78\ \mathrm{\degree C}$ está em torno de $0{,}36336\ \mathrm{mPa \cdot s}$. Em seguida, convertemos esse valor de viscosidade dinâmica em viscosidade cinemática da seguinte forma:

Usando o método de conversão mostrado acima, agora podemos dizer que a viscosidade cinemática da água em $78\ \mathrm{\degree C}$ é aproximadamente $0{,}37344\ \mathrm{mm^2/s}$.

Viscosidade é a medida da resistência de um fluido ao escoamento. Quanto maior for a viscosidade de um fluido, mais lentamente ele flui sobre uma superfície. Por exemplo, o mel é um líquido com alta viscosidade, pois flui lentamente. Em comparação, líquidos como água e álcool têm viscosidades baixas, pois fluem muito livremente.

Podemos expressar a viscosidade dinâmica em millipascal⋅segundo (mPa⋅s) ou centipoise (cP), sendo que 1 mPa⋅s = 1 cP. Por outro lado, podemos expressar a viscosidade cinemática em milímetros quadrados por segundo (mm²/s) ou centistokes (cSt), sendo que 1 mm²/s = 1 cSt.

A viscosidade da água é de 1,0016 mPa⋅s a 20 °C. Isso se refere à sua viscosidade dinâmica. A viscosidade da água varia de acordo com sua temperatura e, quanto mais alta a temperatura, menos viscosa é a água. A viscosidade da água a, digamos, 80 °C, é de 0,354 mPa⋅s.

Sim, a viscosidade da água muda com a temperatura. A água tende a ter maior viscosidade em temperaturas mais baixas e menor viscosidade em temperaturas mais altas. Pense em colocar a água em um freezer. As moléculas de água em uma temperatura mais baixa começam a perder sua energia, são mais atraídas umas pelas outras e fluem muito lentamente até que a água se transforme em gelo.

Você pode determinar a viscosidade da água em uma temperatura específica usando o gráfico da viscosidade da água em relação à temperatura ou pelo método de interpolação usando a tabela da viscosidade da água em relação à temperatura. Usando o gráfico, execute os seguintes procedimentos:

1. Encontre a temperatura que você precisa no eixo X;
2. Desenhe uma linha vertical a partir do eixo X até chegar à curva do gráfico da viscosidade da água;
3. Na interseção, desenhe uma linha horizontal que vá até o eixo Y para encontrar a viscosidade que você está procurando.

Sim, os gases também têm viscosidade. Entretanto, ao contrário dos líquidos, a temperatura afeta a viscosidade dos gases, de modo que, em temperaturas mais altas, a viscosidade dos gases também aumenta. Em outras palavras, à medida que o calor aumenta, gases como o ar parecem um pouco mais estagnados do que quando estão mais frios.

Basta multiplicar a viscosidade cinemática do líquido em uma determinada temperatura por sua densidade nessa mesma temperatura. Por exemplo, a viscosidade cinemática e a densidade da água a 78 °C são de aproximadamente 0,37344 mm² por segundo e 0,973 gramas por cm³, respectivamente. Multiplicando-as, obtemos 0,37344 mm²/s · 0,973 g/cm³ = 0,36336 mPa·s, que é a viscosidade dinâmica da água a 78 °C.

Coloque a água em uma temperatura muito baixa para aumentar sua viscosidade. Em temperaturas mais baixas, as moléculas de água tendem a perder energia, fazendo com que elas se amontoem umas nas outras. Esse empilhamento faz com que as moléculas de água sofram mais atrito umas com as outras, resultando em um fluxo mais lento ou mais viscoso.

A 20 °C, a viscosidade cinemática da água é de aproximadamente 1 mm² por segundo e aumenta em temperaturas mais baixas. A 10 °C, a viscosidade cinemática da água é de cerca de 1,3 mm² por segundo, enquanto a 30 °C é de cerca de 0,8 mm² por segundo. O aumento da temperatura diminui a viscosidade da água.

A água tem baixa viscosidade desde que a água possa fluir facilmente. Por outro lado, os fluidos que levam tempo para fluir, como o mel e o glicerol, têm viscosidades altas. Vale a pena observar que a temperatura também afeta a viscosidade dos fluidos. O mel frio fluirá ainda mais lentamente do que o mel em temperatura ambiente. Em contrapartida, o mel quente fluirá mais rápido do que o normal. Isso também ocorre com a água.

A adição de substâncias que tornam a água espessa, como o açúcar, aumenta a viscosidade da água. Quanto mais açúcar for adicionado, mais viscosa a água fica e mais espessa ela se torna. A adição de calor à mistura ajudará a misturar mais açúcar à água. Quando a mistura esfriar até a temperatura ambiente, ela ficará mais viscosa do que quando ainda estiver quente.

Sim, a adição de sal à água aumenta a viscosidade da água. Como a adição de sal à água torna a solução mais espessa e densa, sua viscosidade também aumenta. Embora isso possa não ser facilmente sentido quando você compara a água salgada com a água doce, já será perceptível em concentrações mais altas de sal.

Você pode usar um viscosímetro. Há muitos tipos de viscosímetros, mas um dos mais simples e fáceis de usar é o viscosímetro de Ostwald.

O viscosímetro de Ostwald é um tubo de vidro em forma de U com bulbos designados e duas marcações pelas quais o líquido que está sendo testado deve passar. Durante a observação, o tempo que o nível do líquido leva para passar pelas duas marcas representará a viscosidade cinemática do líquido. Esse procedimento deve ser feito em uma temperatura conhecida.