Experimento De Reynonds

INTRODUÇÃO

Existem alguns termos empregados para determinar os tipos de escoamentos. O escoamento sem limitação de um fluido sobre uma superfície é um escoamento externo, exemplo: o escoamento de ar sobre uma bola ou sobre um tubo exposto durante uma ventania. Já o escoamento num tubo ou num duto é chamado de escoamento interno, é o caso do escoamento de água num cano. Quando o escoamento acontecer em um duto parcialmente aberto, estando este parcialmente cheio com o liquido e houver uma superfície livre é chamado de escoamento de canal aberto, escoamentos de águas em rios ou valas de irrigação.

O escoamento de um determinado fluido pode ser em Regime Permanente e Transiente: se as propriedades do fluido em um certo ponto do campo não mudarem com o tempo o escoamento é designado regime permanente. Neste tipo de comportamento, as propriedades podem variar de ponto para ponto no campo, mas devem continuar constante em relação ao tempo para um dado ponto qualquer. Se as propriedades do fluido em um ponto do campo variam com o tempo, o escoamento é regime transiente.

Após determinar o tipo de regime, pode se classificar o tipo de escoamento: Escoamento Laminar e/ou Turbulento: o escoamento laminar é trajado pelo movimento em lâminas ou camadas, não havendo mistura macroscópica de camadas de fluido adjacentes. O escoamento turbulento é caracterizado pelo movimento tridimensional contingente das partículas do fluido sobreposto ao movimento da corrente.

Os escoamentos podem ser classificados em uni-, bi- e tridimensionais de acordo com o número de coordenadas necessárias para se definir seu campo de velocidades.

O número de Reynolds (Re) é um número adimensional, usado em mecânica dos fluídos para o cálculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfície. Normalmente é utilizado, por exemplo, em projetos de tubulações industriais.

A importância do número de Re vem da possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou turbulenta. Com isso, podem-se realizar os embasamentos industriais e optar por materiais mais adequados para cada processo, tendo como objetivo, nestes casos, a maior eficiência e rentabilidade financeira.

Outro fator importante a ser analisado é o tipo de vazão empregada, sabendo que a vazão é o volume de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um conduto livre ou forçado, por uma unidade de tempo. Ou seja, é a rapidez com a qual um volume escoa ( taxa de escoamento), ou seja, quantidade de material transportado através de uma tubulação, por unidade de tempo.

Desta forma se a vazão for muito rápida ou lenta, vai influenciar no tipo de escoamento; laminar, transiente ou turbulento. Esse tipo de comportamento esta disposto com o conduto livre ou fechado.

OBJETIVO

O principal objetivo deste experimento foi identificar o tipo de escoamento por meio do grupamento adimensional de Reynolds em dutos circulares para diferentes vazões, e comparar os resultados obtidos com a analise visual do escoamento.

FUNDAMENTAÇÃO TEORICA

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 (Teixeira, 2012).

A experiência clássica de Osborne Reynolds, publicada em 1883, ainda é usada para evidenciar a diferença qualitativa entre o escoamento laminar e o turbulento (BLACKADDER, 2004). Através das experiências realizadas por Reynolds 1883, este estabeleceu que:

Re ≤ 2000 → tem-se o escoamento laminar;

2000 < Re < 2400 → tem-se o escoamento de transição;

Re ≥ 2400 tem-se o escoamento turbulento.

Figura 1. Escoamento laminar e turbulento (Teixeira,2012)

Ao relacionar as forças que agem no escoamento, Reynolds deduziu um parâmetro adimensional dado por:

Onde:

Re = número de Reynolds [-];

ρ = massa específica do fluido [kg/m3];

ϑ = velocidade média do escoamento ou velocidade característica do fluido [m/s];

L = dimensão característica da superfície de controle (SC) [m] ou diâmetro hidráulico

Dh (igual ao diâmetro interno do tubo D em [m]);

μ = viscosidade dinâmica do fluido escoante [N s/m2];

ν = viscosidade cinemática do fluido escoante [m2/s].

Para isso, Reynolds aplicou um dispositivo como o utilizado na figura 2, que consiste de um tubo transparente inserido em um recipiente com paredes de vidro. Um corante é introduzido na entrada do tubo. Ao abrir gradualmente o obturador T, observa-se a formação de um filete retilíneo. Neste tipo de movimento, definido como laminar, as partículas apresentam trajetórias bem definidas, que não se cruzam. Ao abrir mais a torneira a velocidade aumenta e o filamento de difunde no líquido, como consequência do movimento desordenado das partículas. Este regime denomina-se turbulento (NETO, 2011).

Figura 2. Dispositivo de Reynolds (a)aparato (b)resultado

Além disso, através do número de Reynolds estabelece-se o conceito de semelhança fluidodinâmica: dizemos que dois sistemas geometricamente semelhantes possuem semelhança fluidodinâmica quando os correspondentes números de