FT - AULA PRÁTICA - ROTEIRO 4 - ESCOAMENTO LAMINAR E TURBULENTO - 2021 2 - ISM

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Escola de Engenharia e Exatas
FENÔMENOS
DE
TRANSPORTE
Roteiro
Experimento 04
Escoamento laminar, de transição e turbulento completamente desenvolvido em tubos. 
1. OBJETIVO
Os objetivos do experimento são diferenciar qualitativa e visualmente os escoamentos laminar e turbulento, além de determinar as condições nas quais ocorre a transição entre os tipos de escoamento.
2. MATERIAIS NECESSÁRIOS
· Bancada de Reynolds horizontal*
· Cronômetro de bolso
· Corante (Ex: violeta genciana)
· Água 
· Régua 
*A bancada pode ser substituída por: uma mangueira transparente com comprimento e diâmetro interno conhecidos; um recipiente para controlar a vazão da água que irá entrar na mangueira transparente; um recipiente para receber a água que sai da mangueira transparente; seringa com agulha.
3. INTRODUÇÃO
Quando abrimos um pouquinho uma torneira, um fio de água flui suavemente com uma aparência similar a uma fina barra lisa de vidro. Ao abrirmos bastante a torneira, um grande volume de água sai da torneira com um comportamento caótico e agitado. O primeiro tipo de escoamento é conhecido como laminar; o segundo, como turbulento.
No escoamento laminar, as partículas de fluido são transportadas de um local para outro com velocidade aproximadamente constante em módulo, direção e sentido como é observado na Figura 1. É como se o fluido fosse formada por lâminas e as partículas em movimento se mantivessem em sua lâmina e, consequentemente, não houvesse transferência de massa entre uma lâmina e outra.
Figura 1 – Escoamento laminar
Fonte: CFD Support (2021).
No escoamento turbulento, há transferência de massa entre as lâminas. As partículas possuem diferentes velocidades (módulo, direção e sentido), eventualmente formando até pequenos redemoinhos dentro do fluido conhecidos como vórtices como é observado na Figura 2. Em alguns escoamentos, vórtices podem ficar cada vez maiores e até “tocar” uns aos outros, formando bolhas no interior do tubo por onde escoa o fluido.
Figura 2 – Escoamento turbulento
Fonte: CFD Support (2021).
Algumas propriedades físicas do fluido, sua velocidade e características do tubo onde ele escoa determinam se o escoamento será laminar ou turbulento. Existe uma fase intermediária na mudança de um tipo de escoamento para o outro, que recebe o nome de “escoamento transitório”.
O cálculo do número de Reynolds permite determinar o tipo de escoamento, já que um número de Reynolds “baixo” indica que o escoamento é laminar e um número “alto”, turbulento. O número de Reynolds (Re) pode ser obtido pela equação 1:
 .................... (1)
Onde ρ é a densidade do fluido, V é a velocidade média do fluido, D é o diâmetro hidráulico e μ é a viscosidade dinâmica ou absoluta do fluido e é a viscosidade cinemática do fluido.
Na maioria das condições práticas, o escoamento é laminar quando o Re < 2300, transitório quando 2300 ≤ Re ≤4000 e turbulento quando Re> 4000.
É possível também diferenciar os regimes de escoamento através de uma simples visualização. No escoamento laminar as partículas do fluido movem-se em camadas, ou lâminas, ao longo do escoamento, em trajetórias bem definidas e ordenadas. No escoamento turbulento as partículas do fluido rapidamente se misturam, enquanto se movimentam ao longo do escoamento, descrevendo trajetórias irregulares e desordenadas. Existe ainda um outro tipo de escoamento, o transitório, que se altera entre laminar e turbulento, é a transição entre estes. 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Figura 4 – Bancada de Reynolds horizontal
Fonte: MLABS (2018).
1) Abastecer a caixa graduada de acrílico com água. Obs.: A caixa possui uma divisão para diminuir a turbulência da água.
2) Abrir o registro 1.
3) Abrir o registro 2 de modo a permitir que água flua no interior do tubo. A água deve preencher todo o tubo. Obs.: O manual do fabricante informa que o tubo possui 1500 mm de comprimento e um diâmetro de 30 mm.
4) Abastecer o reservatório de corante.
5) Ajustar a abertura do registro 1 e do registro 2 de modo a obter um fino fio de corante no interior do tubo. O filete deve estar bem centralizado no interior do tubo transparente indicando que o escoamento é laminar. Atenção para que o coletor após o dreno não transborde. Atenção para o volume de água disponível na caixa de acrílico. Atenção para o volume de corante disponível no reservatório.
6) Utilizar o cronômetro e a graduação da caixa graduada para determinar a vazão de água.
7) Obter a velocidade média da água usando a equação (2):
............(2)
Onde Q é a vazão do líquido; ∆V é a variação do volume na caixa graduada ao longo de um tempo ∆t; e, A é a área da secção do tubo.
8) Calcular o número de Reynolds para o escoamento laminar (fazer o3 medidas).
9) Ajustar a vazão de modo a obter escoamento transitório. Atenção para que o coletor após o dreno não transborde. Atenção para o volume de água disponível na caixa de acrílico. Atenção para o volume de corante disponível no reservatório.
10) Calcular a vazão e o número de Reynolds para o escoamento transitório (fazer o3 medidas).
11) Ajustar a vazão de modo a obter escoamento turbulento. Atenção para que o coletor após o dreno não transborde. Atenção para o volume de água disponível na caixa de acrílico. Atenção para o volume de corante disponível no reservatório.
12) Calcular a vazão e o número de Reynolds para o escoamento turbulento(fazer o3 medidas).
Tabela 1. Dados relacionados a medidas a serem usadas nos cálculos para a determinação do Re
	Medidas
	Volume (m3)
	t(s)
	T (oC)
	Classificação
	1
	
	
	
	
	2
	
	
	
	
	3
	
	
	
	
	4
	
	
	
	
	5
	
	
	
	
	6
	
	
	
	
	7
	
	
	
	
	8
	
	
	
	
	9
	
	
	
	
Observações: Além da coletar dos dados durante o experimento, observe e registre com imagem o fluxo da água com ajuda do corante azul. Assim poder comparar os cálculos obtidos.
Projeto Interdisciplinar
A partir dos obtidos da aula prática os alunos terão que elaborar um relatório, valido para Projeto Interdisciplinar com nota de 2,0 pontos.
Os alunos deverão elaborar após a realização da aula prática, fora do laboratório, um relatório que deverá conter introdução, materiais e métodos, resultados, discussão, conclusão e referências bibliográficas sobre os dois experimentos realizados nessa aula: visualização do escoamento laminar, de transição e turbulento completamente desenvolvido em tubos e determinação das condições nas quais ocorrem o escoamento laminar, de transição e turbulento. 
 
Estrutura do Relatório
1 – Objetivos: Mencionar de forma clara e resumida quais são os principais aspectos de interesse abordados no conteúdo do Relatório, ou seja o objetivo principal do trabalho, referente ao assunto da aula em questão.
2 – Introdução Teórica: Este item deverá conter informações teóricas ou históricas importantes sobre o assunto abordado, com conteúdo escrito de forma direta, preferencialmente com períodos curtos de construção gramatical e obedecendo as regras tradicionais da escrita. Trata-se de um instrumento eficiente quando o conteúdo obedece aos parâmetros que seguem com clareza e precisão as informações apresentadas, sempre referenciando alguma obra literária como livros, artigos de revistas ou normas técnicas, quando for o caso.
3 – Procedimentos Experimentais: Descrever de forma dissertativa quais foram os materiais e métodos empregados na aula prática para a sua execução. Mencionar quais tipos de materiais foram utilizados, qual temperatura de ensaio, geometria e dimensões dos corpos de prova, condições de ensaio ou técnicas utilizadas como frequência de ensaio, etc... Descrever quais variáveis foram envolvidas no processo e quais técnicas foram empregadas nos ensaios, podendo ainda citar quais poderiam ser empregadas para a melhoria do mesmo. Apresentar esquemas das máquinas, imagens explicando os sensores, sistemas ou equipamentos usados em aula para a obtenção dos resultados. Descrever os procedimentos experimentais de tal forma que, a técnica empregada possa ser compreendida e reproduzida por outro profissionalpara a obtenção de resultados similares.
4 – Resultados e Discussão: Apresentar os resultados obtidos em aula prática de forma clara e precisa, usar tabelas, figuras e gráficos devidamente enumerados e identificados. Sempre que citar alguma figura ou tabela no texto, mencionando por exemplo: conforme a Figura 1, pode-se observar que. Desta forma, facilita não somente o entendimento do trabalho, mas também sua correção. É oportuno inserir as figuras, tabelas e gráficos no corpo do texto, ou seja, à medida que vai se desenrolando o texto, coloca-se, insere-se a figura citada em seguida, facilitando a construção do trabalho. Comentar os resultados de forma clara, sem rodeios, sempre embasado em informações técnicas sobre o assunto podendo eventualmente fazer algum comentário particular, quando for pertinente ao assunto estudado, no sentido de explicar fenomenologicamente o observado no ensaio.
5 – Conclusões: Agrupar as ideias de forma sintética a dar entendimento ao estudo investigado, sempre tomando o cuidado de não ser repetitivo. Deve ser conciso e o mais claro possível, podendo até sugerir observações corretivas, recomendações ou sugestões para a melhoria dos resultados obtidos.
6 – Referências Bibliográficas: Colocar as obras literárias utilizadas para a preparação do Relatório tais como: livros, normas técnicas, artigos de revistas ou outras obras, sempre respeitando as normas padrões para elaboração das referências bibliográficas conforme modelo indicado no STOA referente a disciplina SMM-0342 – Introdução ao Ensaio Mecânico de Materiais, ou consultando os serviços de biblioteca da EESC.
Obs. Os relatórios poderão serem realizados em planilhas eletrônicas como word e Excel, mas será feito uma verificação de plagio e se detectado o aluno poderá sofrer as consequências pois quando fizerem o upload o programa mencionará sobre o plágio.
ORIENTAÇÕES
· Utilize referências confiáveis; 
· Não use sites de conteúdo para o ensino médio;
· Procure pelos livros de referência básica e complementar da disciplina;
· Pesquise por periódicos;
· Apresente como dados da sua referência: a) nome do(s) autor(es); b) Título; c) Nome da revista, site ou periódico; d) data da publicação; e) link da internet; f) no caso de ter utilizado a internet, além do link inclua também a data de acesso.
Centro Universitário das Américas - FAM – Escola de Engenharia e Exatas
FENÔMENOS DE TRANSPORTE – Escoamento laminar, de transição e turbulento completamente desenvolvido em tubos – 2021
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