A CLASSIFICAÇÃO DO ESCOAMENTO DE ÁGUA A PARTIR DO NÚMERO DE REYNOLDS EM DIFERENTES TEMPERATURAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA (DEG) DISCIPLINA DE PROJETOS EM ENGENHARIA QUÍMICA I (GNE334)

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CLASSIFICAÇÃO DO ESCOAMENTO DE ÁGUA A PARTIR DO NÚMERO DE REYNOLDS EM DIFERENTES TEMPERATURAS

ANA CRISTINA MARCHETTE MARINHO

JAMESON ELVIS TOLEDO

KAROLAYNE DA SILVA SANTOS

LUCIANA MARTINS DA COSTA CAMPOS

NATÁLIA PEREIRA CAMPIM

Relatório técnico para apresentação de projeto desenvolvido na disciplina de Projeto em Engenharia Química I, tendo como professor responsável Renata de Aquino B. Lima Corrêa, como parte dos requisitos necessários à obtenção da aprovação na disciplina.

Lavras – MG

2021

Sumário

1 - INTRODUÇÃO        2

2 - OBJETIVOS        2

3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA        3

3.1 – Referencial Teórico        3

3.2- Aplicabilidade        4

4 - MATERIAIS E MÉTODOS        5

4.1 – Materiais        5

4.2 – Métodos        6

5 - CRONOGRAMA SEMANAL DE ATIVIDADES        7

6 - REFERÊNCIAS        7

1 - INTRODUÇÃO

        A mecânica dos fluidos é a ciência que tem por objetivo o estudo do comportamento físico dos fluidos e das leis que regem esse comportamento (Pereira et al., 2016). Um fluido, de acordo com a definição mais comum encontrada na literatura, de forma geral, é uma substância que se deforma continuamente sob a ação de uma tensão de cisalhamento.  Tensão de cisalhamento, segundo Vilanova (2011), é a distribuição por unidades de área de uma força atuando paralelamente a uma determinada superfície e quando os fluidos são submetidos a estas tensões, apresentam um comportamento conhecido como escoamento. Em 1880, Osborne Reynolds estudou sobre a estrutura de escoamentos que atualmente é conhecido como Experimento de Reynolds, tal que consiste em injeção de um corante líquido na posição central de um escoamento de água interno a um tubo circular de vidro transparente (Gomes, 2012).

Na mecânica dos fluidos, de acordo com Gomes (2012) há a definição de três tipos de escoamento baseados num parâmetro adimensional, o número de Reynolds (Re), que indica se o escoamento num tubo será laminar, de transição, ou turbulento de acordo com o aumento da vazão e consequentemente a mudança de regime de acordo com o tempo. No estudo realizado por Pereira et al. (2016), segundo a ABNT, para valores de Reynolds menores ou iguais, a 2000, o escoamento é em regime laminar; para valores de Reynolds maiores que 2000 e menores ou iguais a 4000, o escoamento é em regime de transição; e para valores de Reynolds maiores que 4000, o escoamento é em regime turbulento. Esses valores são importantes pois auxiliam na análise na direção trajetória de escoamento dos fluidos, visto que, hodiernamente esse sistema vem sendo utilizado em projetos industriais, como por exemplo de tubulações e aviões.

Diante de todos os fatos descritos acima e sabendo de tamanha importância sobre o estudo sobre essa área da mecânica dos fluidos, o projeto tem por objetivo a construção de um protótipo simples que exemplifica os tipos de escoamentos ligados ao número de Reynolds, levando em consideração uma variável física, a temperatura.

2 - OBJETIVOS

Este trabalho tem como objetivo específico construir um protótipo simples para o estudo do escoamento de um fluido através de um tubo, o qual por meio deste será realizado análises qualitativas entre os escoamentos turbulentos, laminar e de transição, variando-se a vazão e também em temperaturas distintas. Será verificado se a alteração na temperatura causará mudanças significativas do fluido, ao ponto de alterar o perfil de escoamento. Para assim tabular os dados experimentais obtidos, comparando-os com os cálculos propostos pela literatura do número de Reynolds a fim de validar os valores calculados.

3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 – Referencial Teórico

De acordo com Fox e McDonald (1998), fluido é uma substância que se deforma continuamente sob a aplicação de uma tensão de cisalhamento (τ). Qualquer tensão de cisalhamento aplicada a um fluido, não importa quão pequena ela seja, resultará em movimento daquele fluido (White, 2011). Dessa forma, os fluidos podem ser definidos como substâncias que sofrem escoamento, por não resistirem à aplicação de uma força paralela à sua superfície, demonstrado na Figura 1.

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Fonte adaptada: Vilanova, 2011

Figura 1 - Tensões de cisalhamento em um sólido e um fluido

Em 1880, o cientista Osborne Reynolds estudou o escoamento em tubos utilizando um experimento mostrado na Figura 2. Em um tubo transparente, Reynolds adaptou uma sonda de corante de forma a introduzir um contraste no escoamento para verificar suas condições. Com esse experimento, verificou-se que o contraste de corante apresentava comportamentos diferentes, de acordo com as diferentes características do tubo, do fluido e do escoamento. Para identificar o tipo de escoamento, Reynolds propôs um parâmetro adimensional conhecido como número de Reynolds que relaciona as seguintes propriedades do fluido: massa específica e viscosidade; geometria do tubo e velocidade média do escoamento (Vilanova, 2011).

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Fonte adaptada: Vilanova, 2011

Figura 2 - (a) Experimento de Reynolds para ilustrar o tipo de escoamento e (b) listras típicas de corante

O número de Reynolds para tubos circulares é dado pela Equação 1, onde Re é o número adimensional de Reynolds, ρ [kg/m3] é a massa específica, ν [m/s] é a velocidade média do escoamento, D [m] é o diâmetro da tubulação e μ [N.s/m2] é a viscosidade dinâmica do fluido (Vilanova, 2011).

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