A EXPERIÊNCIA DE REYNOLDS

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EXPERIÊNCIA DE REYNOLDS

Itajubá, 12 de agosto de 2019.

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EXPERIÊNCIA DE REYNOLDS

Alunos:

Ana Carolina Marcelino – 28264

Tainá Fonseca – 34301

Talita Silva Belo – 28235

Professor(a):

Maisa Tonon Bitti Perazzini

Itajubá, 12 de agosto de 2019.

RESUMO

Com o objetivo de se determinar o número de Reynolds, mediu-se em diferentes vazões o escoamento de água em um duto circular, observando-se o tipo de regime de escoamento (Laminar, transição ou turbulento), a partir da perturbação de um filete de corante e comparando o mesmo com os regimes determinados a partir de dados teóricos, obtidos a partir dos cálculos dos valores de vazão e Reynolds, determinados aleatoriamente em cada uma das medidas realizadas. Os resultados observados após os cálculos foram, em sua maioria divergentes daqueles observados na perturbação do filete de corante, porém consideram-se alguns erros experimentais que foram possíveis de se observar durante a realização do experimento. Contudo os objetivos foram alcançados e o resultado satisfatório.

PALAVRAS-CHAVE: Reynolds, Regimes, vazão.

Objetivos: Determinação experimental do número de Reynolds a partir de diferentes vazões em um duto circular, identificando a partir do mesmo o tipo de escoamento encontrado, experimental e teórico, em cada uma das vazões utilizadas.

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1. INTRODUÇÃO

A mecânica dos fluidos, é a parte da mecânica aplicada que se dedica a análise do comportamento dos líquidos e gases tanto em equilíbrio quanto em movimento (MUNSON; YOUNG; OKIISHI,2004). O         estudo de fluidos em repouso ou em movimento tem sido tradicionalmente aplicado em áreas como o projeto sistemas de canal, represas, projeto de bombas, compressores, tubulações e dutos usados nos sistemas de água e condicionamento de ar de casas e edifícios, assim como sistemas de bombeamento necessários na indústria química, dentre outras aplicações, permitindo o desenvolvimento de diversos campos de aplicação. (FOX, 2010)

Osborne Reynolds publicou em 1883 um estudo sobre escoamento de fluidos em tubos no qual propôs uma classificação de acordo com as características e comportamento do fluido sugerindo a classificação do escoamento como laminar, transitório e turbulento. (WHITE, 2011) estabeleceu uma relação entre as forças inerciais e viscosas que atuam no fluido em um parâmetro adimensional hoje conhecido como número de Reynolds, assim denominado em sua homenagem. (MUNSON; YOUNG; OKIISHI,2004).

O principal parâmetro que correlaciona o comportamento viscoso de todos os fluidos newtonianos é o adimensional número de Reynolds. Quando se estima um intervalo do número de Reynolds do escoamento em estudo, um número de Reynolds (Re) muito baixo indica movimento viscoso muito lento, no qual os efeitos da inércia são desprezíveis. Já um Número de Reynolds moderado pode implicar em um escoamento laminar com variação suave. E ainda, um número de Reynolds alto, provavelmente indica escoamento turbulento, que pode variar lentamente no tempo, mas impõe fortes flutuações. (WHITE, 2011)

Reynolds demonstrou, pela primeira vez, que a combinação de variáveis podia ser utilizada como critério para a distinção entre escoamento laminar e turbulento (MUNSON; YOUNG; OKIISHI,2004). Os valores numéricos explícitos para números de Reynolds baixo, moderado e alto dependem da geometria do escoamento para serem definidos e podem ser dados por: (WHITE, 2011)

                        [pic 9]                                            Equação I

Em que:

ρ = Densidade do fluido

V = Velocidade do fluido

D = Diâmetro do tubo

μ = viscosidade do fluido

O escoamento pode deixar de ser suave e permanente (laminar) e tornar-se flutuante e agitado (turbulento). O processo dessa mudança é chamado transição para a turbulência. A figura 1 mostra o comportamento nos 3 regimes de escoamento. Se o escoamento é laminar, podem existir perturbações naturais ocasionais que são amortecidas rapidamente. Se estiver ocorrendo transição, haverá flutuações de turbulência na forma de rajadas intermitentes, pois o aumento do número de Reynolds pode causar uma instabilidade do escoamento laminar. Para números de Reynolds suficientemente altos, o escoamento flutuará continuamente, sendo denominado escoamento totalmente turbulento. (WHITE, 2011)

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Figura 1. Variação temporal do fluido em um ponto. Munson, Young e Okiish (2004)

Ainda, de acordo com White (2011), as faixas representativas do tipo de escoamento podem variar de acordo com a geometria do escoamento, rugosidade superficial e nível de flutuações na corrente de entrada, e podem ser definidas como:

0 < Re < 103: Escoamento laminar

103 < Re < 104: Escoamento de transição

Re > 104: Escoamento turbulento

Da mesma forma, para Munson, Young e Okiish (2004), o escoamento de um tubo é laminar se o número de Reynolds é menor que 2100 e turbulento se for maior que 4000. Para número de Reynolds entre esses dois limites, o escoamento pode apresentar alternadamente, e de maneira aleatória, características laminares e turbulentas, ou seja, escoamento de transição.

O comportamento de um fluido pode sofrer mudanças para cada número de Reynolds. Não existe uma análise geral do escoamento de um fluido, havendo diversas teorias e soluções particulares e aproximadas para uma enorme quantidade de dados experimentais. Então, pode-se ainda, utilizar outras formas de relacionar os dados como a viscosidade, compressibilidade, fator de atrito ou perda de carga. (WHITE, 2011)

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

• Reservatório de água;
• Água de torneira;
• Tubo de vidro (raio = 0.02135 m);
• Reservatório de corante;
• Corante;
• Válvula;
• Balde;
• Cronômetro;
• Balança analítica;
• Béquer.

2.2 Metodologia

        Para a realização do experimento foi aberta uma válvula, permitindo o escoamento do fluido por um duto circular, O fluido utilizado para o experimento foi água de torneira. Foram realizadas dez medidas, com diferentes vazões