Determinação do Regime de Escoamento (Número de Reynolds)

Laboratório de Engenharia Química I

Determinação do regime de escoamento: Número de Reynolds

Bruna Biazzi (8509759)

Giovanna Giroto (10279744)

Iara Pereira Martin (9774188)

Letícia da Silva Strini (8915551)

Maria Angélica Silva Cunha (9082579)

Tatiana Inês Tenório Barbosa (9401981)

Lorena - SP

2019

RESUMO

Através da prática do experimento de Reynolds, realizado no laboratório de engenharia química, estudou-se os tipos de regime dos fluidos de acordo com a sua vazão, em regime permanente. Foram coletadas 13 amostras a diferentes vazões, entre os regimes laminar e turbulento, em que foi possível observar a transição a partir de uma substância corante injetada na corrente de água de um tubo.

Foram calculados massa específica, viscosidade dinâmica, vazão volumétrica e o número de Reynolds com seu respectivo fator de atrito, a partir de dados coletados sobre a temperatura da água, diâmetro do tubo e volume recolhido em um certo tempo. Calculados os dados, foi construído um gráfico em escala logarítmica do número de Reynolds pelo fator de atrito.

Nesse experimento foi possível concluir a relação da vazão com o número de Reynolds e os diferentes regimes dos fluidos.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Experimento de Reynolds e seus regimes……………………………………….4

Figura 2 - Equipamento utilizado no experimento…………………………………………...6

Figura 3 – Foto representando regime laminar em um dos escoamentos no laboratório………………………………………………………………………………………10

Figura 4 - Gráfico do fator atrito versus número de Reynolds para escoamento em regime laminar…………………………………………………………………………………10

Figura 5 - Foto tirada do regime de transição de um dos escoamentos realizados no laboratório………………………………………………………………………………………11

Figura 6 - Foto do escoamento de regime turbulento……………………………………..12  

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Dados experimentais coletados e resultados obtidos…………………………..7

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO…………………………………………………………………………..4
2. OBJETIVOS………………………………………………………………………...…...5
3. MATERIAIS E MÉTODOS………………………………………………………….…..5

3.1. Materiais………………………………………………………………………….....5

3.2. Métodos………………………………………………………………………….….6

1. RESULTADOS E CÁLCULOS………………………………………………………....7

4.1 Escoamento em regime laminar………………………………………….............9

4.2 Escoamento em regime de transição…………………………………………...11

4.3 Escoamento em regime turbulento……………………………………………...12

1. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS…………………………………………………..14
2. CONCLUSÃO…………………………………………………………………………..15
3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………16

1. INTRODUÇÃO

Um pesquisador renomado no campo da mecânica dos fluidos denominado Osborne Reynolds contribuiu para a caracterização do escoamento de líquidos e isso se deu especialmente a partir das suas descobertas experimentais. O experimento de Reynolds permitiu a observação qualitativa da diferença entre um regime laminar e um turbulento. Ele consiste basicamente na injeção de um filamento de corante em um tubo onde flui água e em baixas vazões é possível observar um único filamento, caracterizando um regime laminar e em altas vazões o movimento observado é aleatório, mostrando um regime turbulento (FOX, 2014).

Além disso, Reynolds descreveu um regime de transição, entre o laminar e o turbulento, mesmo não sabendo como variava a transição em relação à velocidade, ele pode perceber que o escoamento laminar varia linearmente com a velocidade e o turbulento com o seu quadrado. O experimento e a aparência dos regimes podem ser observados na figura a seguir (MARIANI, 2012).

Figura 1 - Experimento de Reynolds e seus regimes 

[pic 1]

Fonte: MARIANI, 2012

O número de Reynolds é calculado a partir da fórmula Re= ρVD/μ , onde ρ é a massa específica do fluido, V é a velocidade média na seção transversal do duto, D é o diâmetro hidráulico e μ é a viscosidade dinâmica do fluido. Quando o escoamento é laminar, o número de Reynolds é menor que 2000 e o turbulento maior que 4000, logo o valor encontrado entre eles é considerado regime de transição (MARIANI, 2012).

O escoamento laminar é caracterizado pela movimentação do fluido em lâminas e as forças viscosas de cisalhamento impedem o movimento entre essas camadas, enquanto o escoamento turbulento é irregular e difuso, no qual as camadas planas não existem mais.

1. OBJETIVOS

O experimento tem como principal objetivo elucidar os regimes laminar, de transição e turbulento e permitir a mensuração de cada um a partir da variação do número de Reynolds.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais

Os materiais utilizados no experimento para determinação do tipo de escoamento estão representados na Figura e apresentados abaixo:

- Água;

- Solução de azul de metileno;

- Proveta graduada;

- Cronômetro;

- Termômetro;

- Reservatório de água (Número 1 na Figura 2);

- Reservatório de corante (Número 2 na Figura 2);

- Válvula que controla a vazão do corante – azul de metileno (Número 3 na Figura 2);

- Tubo de vidro com 0,012m de diâmetro interno (Número 4 na Figura 2);

- Válvula que controla a vazão de água (Número 5 na Figura 2).

Figura 2 - Equipamento utilizado no experimento.

[pic 2]

Fonte: o autor.

3.2 Métodos

Com as duas válvulas fechadas, determinou-se a temperatura da água no reservatório utilizando um termômetro. Depois, abriu-se a válvula que controla a vazão da água (5) e a válvula que controla a vazão do azul de metileno (3) até que ocorresse um escoamento constante da água. Após atingir-se esta condição, coletou-se a água do escoamento na proveta graduada durante um tempo determinado, anotando sempre o volume e o tempo. Abriu-se um pouco mais a válvula de água e repetiu-se a medição do volume da água e do tempo. A partir dos valores de volume e tempo foi possível calcular a vazão e, a partir da vazão, calculou-se o número de Reynolds e o fator de atrito, que permitiu-se a determinação do regime de escoamento. Repetiu-se onze vezes este processo em regime laminar com diferentes vazões. Além disso, realizou-se uma vez o procedimento em regime de transição e uma vez em regime turbulento. A medição em diferentes regimes foi feita ajustando a vazão da água, observando o comportamento do corante no tubo e fazendo a confirmação através dos cálculos. Durante todas as medições, foi mantido o nível do reservatório de água (1) constante, adicionando manualmente água com uma proveta.

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