O Numero Reynolds

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

Departamento de Tecnologia de Alimentos

TAL 388 – Laboratório de Fenômenos de Transporte

Professora Márcia Cristina Teixeira Ribeiro Vidigal

2018/2

Número de Reynolds

 

Turma Prática 4

 Lucas da Silva Ramos - 82760

Sabrina Marcelino Amoglia - 82804

Samyra Veiga Cruz - 72123

Viçosa, 12 de setembro de 2018.

1.        Introdução

O número de Reynolds é um número adimensional e retrata a relação entre as forças propulsoras e as forças viscosas de um determinado fluido. O valor do número de Reynolds depende basicamente das propriedades do fluido, do diâmetro e da superfície interna do tubo por onde se dá o escoamento (STREETER e colaboradores, 1982).

Para fins de engenharia, a vazão em tubulações é usualmente laminar se Re é menor que 2.000 e a vazão é considerada turbulenta para Re maiores que 4.000. Entre estes dois valores há uma região de transição, onde a vazão pode ser laminar ou turbulenta, dependendo das condições anteriores. (FOX, 2010)

O experimento relacionado ao número de Reynolds teve como objetivo a visualização do padrão de escoamento de água através de um tubo de vidro, com o auxílio de um fluido colorido com corante, e através disto, a comparação dos tipos de escoamentos, a partir dos dados levantados no laboratório com os limites estabelecidos por Reynolds.

2.        Fundamentação Teórica

Em 1883 Osborne Reynolds realizou um experimento que mostrou a existência de dois tipos de escoamento: “o primeiro onde os elementos do fluido seguem-se ao longo de linhas de movimento e que vão da maneira mais direta possível ao seu destino, e outro em que se movem em trajetórias sinuosas da maneira mais indireta possível” seguindo a redação original. Ou seja, descreveu como visualizar escoamentos laminares e turbulentos. (STREETER e colaboradores, 1982).

O engenheiro mostrou que, de um modo geral, uma combinação de quatro fatores determina se um escoamento de um fluido por um tubo de diâmetro D é laminar ou turbulento.  Sendo o laminar definido como aquele no qual o fluido se move em camadas, havendo somente troca de quantidade de movimento molecular, e turbulento, onde as partículas fluidas têm movimento errático com uma grande troca de quantidade de movimento transversal. (STREETER e colaboradores, 1982).

Essa combinação é conhecida como o número de Reynolds e é definido por:

Re =ρVD/µ

Onde ρ é a densidade, D é o diâmetro do tubo, µ é a viscosidade e V é a velocidade média do escoamento através de uma seção reta do tubo. (FOX, 2010)

3.        Equipamentos e Materiais

O equipamento básico (Figura 1) consiste em um tubo de vidro contendo um furo preciso de 12 mm de diâmetro interno, montado em uma estrutura de material resistente à ferrugem. A estrutura é aberta à frente e sua superfície interna é pintada em cor clara para facilitar a visualização da vazão. Na parte superior da estrutura há um tanque de carga constante do qual a água pode fluir para dentro do tubo através de uma entrada especialmente moldada em forma de boca de sino. O tanque é abastecido com água por meio de um difusor localizado abaixo da boca de sino.

O difusor provê uma alimentação de água quase uniforme em todos os lados da boca de sino. Uma suavização adicional da vazão é alcançada passando-se a água através de um leito amortecedor contendo contas de vidro dispostas sobre o difusor. Deste modo, obtém-se uma condição de vazão uniforme e estável à entrada em formato de boca de sino.

O tubo de alimentação do tanque está localizado na parte traseira do aparelho e pode ser conectado diretamente a uma torneira ou à saída do módulo de controle de temperatura. Existe, também, um tubo de descarga (ladrão) fixo instalado no tanque para garantir uma carga de água constante. Conecte este tubo a um dreno usando a mangueira flexível fornecida com o equipamento. Uma válvula à saída do tubo controla a vazão através do tubo de vidro. A saída deverá ser conectada por uma mangueira ao dreno correspondente. A vazão é medida cronometrando-se o tempo de coleta de uma quantidade conhecida de água dentro um recipiente de medição adequado.

O comportamento da vazão no tubo pode ser observado por meio da injeção de um fino filamento de corante no tubo utilizando um injetor especial de corante fornecido com o equipamento. O injetor é formado por um tubo fino conectado através de uma válvula ao reservatório de corante. O conjunto está montado sobre uma placa que se ajusta no topo do tanque de carga constante. O tubo injetor é posicionado de tal forma que sua saída fica centralizada na entrada em formato de boca de sino. O aparelho completo é montado em uma base triangular com pés ajustáveis.

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Figura 1. Equipamento utilizado para a realização do experimento.

4.        Procedimento Experimental

O aparelho encontrava-se já montado, foi então ligado o suprimento de água e aberto parcialmente a válvula de descarga à base do aparelho. Logo após foi ajustado o suprimento de água até que o nível no tanque de carga constante estivesse ligeiramente acima do tubo de descarga e foi mantido neste nível permitindo uma pequena vazão através do tubo de descarga.

Foi então aberto e ajustado a válvula do injetor de corante a fim de obter um fino filamento de tintura na vazão do tubo de vidro.

Uma condição de vazão laminar foi ser alcançada, onde o filamento de corante atravessou completamente o tubo, sem nenhuma perturbação.

Foi aumentada lentamente a taxa de vazão abrindo a válvula de descarga até que alguma perturbação no filamento de corante foi observada.

Foi registrada a temperatura da água usando o termômetro. Em seguida, mediu-se a taxa de vazão cronometrando a coleta de uma quantidade conhecida de água no tubo de descarga.

Foi, novamente, aumentada a taxa de vazão um pouco mais, conforme descrição anterior, até que as perturbações aumentassem de tal forma que o filamento de corante se espalhasse rapidamente. Foi novamente registrado a temperatura e a taxa de vazão como descrito anteriormente.