Relatório sobre o experimento de Reynolds

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CAMPUS CAMPO MOURÃO 
TURMA: IL4A 
 
 
 
PAULO JARDIM LEAL 
LORENA MENDES DE MORAIS 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO DE REYNOLDS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPO MOURÃO 
NOVEMBRO, 2020 
 
 
Paulo Jardim Leal 
Lorena Mendes de Morais 
 
 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO DE REYNOLDS 
 
Relatório elaborado na disciplina de Fenômeno 
de Transporte 1 do curso de Engenharia 
Eletrônica, ofertada pelo Departamento 
Acadêmico de Física, do Campus Campo 
Mourão da Universidade Tecnológica Federal 
do Paraná. 
 
Orientador: Profº Eudes José Arantes e Profª 
Drª Morgana Suszek Gonçalves. 
 
 
 
 
 
CAMPO MOURÃO 
NOVEMBRO, 2020
1 
 
 
RESUMO 
Este relatório fala sobre o experimento de Reynolds, o experimento foi realizado 
inteiramente pelo professor Eudes José Arantes, disponibilizando o material de 
maneira online em formato de vídeo para os alunos. 
Este experimento demostra o fluxo de fluido em conduto força em diferentes 
regimes, sendo estes, laminar, transiente e turbulento, neste caso foi utilizado água 
como fluido para demostrar estes efeitos. 
Palavras chave: conduto forçado, regime laminar, regime transitivo, regime turbulento. 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 Introdução 3 
1.1 Objetivo 3 
1.2 História 3 
2 Fundamentação Teórica 4 
2.1 Tipos de escoamento 4 
2.1.1 Escoamento Laminar 4 
2.1.2 Escoamento Transitivo 4 
2.1.3 Escoamento Turbulento 4 
2.2 Número de Reynolds 5 
3 Procedimento Experimental 7 
4 Resultados e Discussões 10 
5 Conclusões 11 
REFERÊNCIAS 12 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
1.1 Objetivo 
O objetivo é visualizar o padrão de escoamento da água através de um tubo de 
vidro, com ajuda de um fluido colorido. Observar a diferença entre os escoamentos 
laminar e turbulento. Determinar o número de Reynolds para cada tipo de escoamento 
e vazão. 
1.2 História 
George G. Stokes, em 1851, foi quem introduziu o conceito de um número 
adimensional que avalia a estabilidade de um fluxo para determinar se o tipo de 
escoamento de um fluido é laminar, transição ou turbulento. Mas com base no 
conceito proposto por Stokes, Osborne Reynolds, um cientista britânico que estudava 
o escoamento em tubos ou dutos utilizando um experimento simples, conseguiu 
chegar até o número que levou seu nome, o número de Reynolds. 
 
 
 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1 Tipos de escoamento 
A trajetória de uma partícula. É como o fluxo de um fluido em determinado 
regime se comporta, o tipo de escoamento depende do número de Reynolds. Existem 
três tipos de escoamento: o laminar, o transitório e o turbulento. 
2.1.1 Escoamento Laminar 
O escoamento laminar ocorre quando o fluxo de escoamento de um fluido se 
movimenta em trajetória bem definidas, assim, apresentam lâminas ou camadas, por 
isso o nomearam como escoamento laminar. Com isso suas características são 
preservadas durante o escoamento. 
Nesse tipo de escoamento não existe troca de massa, ou seja, suas 
características são preservadas. A viscosidade acaba diminuindo a tendência de 
surgir turbulência. 
Ocorre geralmente em baixas velocidades e em fluidos com grande 
viscosidade. 
Para se ter esse tipo de escoamento o Re (número de Reynolds) deve ser 
menor ou igual a 2000 (𝑅𝑒 ≤ 2000). 
2.1.2 Escoamento Transitivo 
É a transição do escoamento laminar para o turbulento ou vice-versa, onde se 
pode ver pequenas formações de ondulações, mas ainda não se pode dizer que é um 
escoamento turbulento. Ocorre quando Re está entre 2001 e 4000 (2000 < 𝑅𝑒 ≤
4000). 
2.1.3 Escoamento Turbulento 
Contrapondo o escoamento laminar, no escoamento turbulento, como o próprio 
nome já propõe, o fluxo do fluido não é bem definido, é irregular, turbulento. Ocorre 
em fluido cuja viscosidade é baixa e em velocidade alta, como a água. 
Ocorre quando Re é maior que 4000 (𝑅𝑒 > 4000). 
 
 
2.2 Número de Reynolds 
O número de Reynolds (Re) é adimensional, ou seja, não possui unidade, pois 
ele relaciona duas forças presentes no escoamento: forças inerciais e as forças 
viscosas. Usado para determinar se o regime de escoamento é laminar, transitivo ou 
turbulento. Para determinar Re, é utilizada a equação (1) a seguir. 
𝑅𝑒 =
𝜌𝑉𝐷
𝜇
=
𝑉𝐷
𝑣
 (1) 
onde, 
𝜌 = massa especifica do fluido (𝑘𝑔/𝑚3); 
𝑣 = velocidade de escoamento (𝑚/𝑠); 
𝑉 = volume (𝑚3); 
𝐷 = diâmetro da tubulação (𝑚); 
𝜇 = viscosidade dinâmica do fluido (𝜂/𝑚 ∗ 𝑃𝑎 ∗ 𝑠). 
Sendo 𝑅𝑒 = número de Reynolds, que irá determinar em que regime se 
encontra o sistema, sendo estes valores tabelados, onde: 
 𝑅𝑒 ≤ 2000 regime laminar. 
2000 < 𝑅𝑒 ≤ 4000 regime transitivo. 
𝑅𝑒 > 4000 regime turbulento. 
Para determinar a velocidade média de escoamento, que será uniforme em 
toda a seção reta do tubo, podemos usar a equação (2). 
𝑣 =
𝑄
𝐴
 (2) 
onde, 
 𝑄 – Vazão volumétrica do fluido; 
 𝐴 – Área perpendicular ao escoamento. 
Porem, 𝑄𝑚 = 𝑄. 𝜌 e Re pode ser modificado se transformando na equação (3). 
𝑅𝑒 =
𝑄𝑚 .𝐷
𝐴.𝜇
 (3) 
Onde, 𝑄𝑚 é a vazão mássica do fluido. 
Sendo 𝑄𝑚 =
𝑚
𝑡
 e 𝐴 = 𝜋. (
𝐷
2
)
2
=
𝜋.𝐷2
4
, assim a equação (4) é obtida: 
 
 
𝑅𝑒 =
4.𝑚
𝜋.𝑡.𝐷.𝜇
 (4) 
Com relação à perda de carga no sistema, é causada pelo fluxo da água ao 
longo do sistema de tubulação. 
 
 
 
3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
O experimento foi realizado no Laboratório de Fenômenos de Transporte (H-
002), pelo professor Eudes José Arantes do Departamento Acadêmico de Ambiental, 
disponibilizando o material por meio de vídeo da execução de aula prática sobre a 
classificação dos escoamentos e determinação o Número de Reynolds. 
 Para o experimento foi usado água como fluido, três reservatórios, sendo um 
com grande capacidade, contendo água, e o outro com menor capacidade, contendo 
corante e um registro que bloqueará ou permitirá a passagem do corante, e o último 
um reservatório graduado com intervalos de 100 ml cada; um longo tubo transparente, 
onde será observado as variações no regime do escoamento; manômetro inclinado, 
contendo como fluido o clorofórmio de pigmentação avermelhado; uma válvula 
reguladora de vazão, e um registro de escape da água. 
Tanto o reservatório contendo água e corante são colocados em uma cota 
acima ao do experimento, garantindo assim um fluxo constante de fluido, utilizando 
para isso a força gravitacional. O reservatório de água, foi interligado em uma das 
extremidade com o longo tubo transparente, usando um cano de diâmetro aproximado 
ao do tubo, o reservatório contendo o corante, também foi interligado com este tubo, 
porém, no meio do dele, e pra isso usando um cano com um diâmetro bem inferior ao 
do tubo, sendo este cano responsável pelo fino filete de corante dentro do tubo que 
tornará possível observar as variações no regime do escoamento, para isso a forma 
com que for colocado no interior do tubo, precisa ser de certa forma que haja menos 
interferência no regime do escoamento do fluido. Entre a conexão da mangueira do 
reservatório de água e a do corante, encontrasse o manômetro inclinado que está 
também interligado com este tudo, e servirá para medir a pressão exercida do 
reservatório de água dentro do tubo. No final do tubo contém uma válvula reguladora 
de vazão, e após, um reservatório graduado contendo indicações em intervalos de 
100 ml, a válvula ira controlar a vazão do fluido sobre todo o sistema, o reservatório 
graduado irá medir o volume de água em função do tempo, localizado na parte inferior 
do reservatório graduado um registro, que servirá para esvaziar o mesmo, para que 
então, seja realizado outras medições. A figura 1 ilustra o experimento realizado. 
 
 
 
Figura 1 - Desenho esquemático do experimento de Reynolds. 
 
Fonte: internet1. 
 
 
 
Paraa realização do experimento, primeiramente é aberto a válvula reguladora 
de vazão em um certo ponto, e também o registro de escape, encontrados inicialmente 
fechado, com isso a água irá fluir do reservatório principal até o reservatório graduado 
e então irá ser descartado, após algum tempo quando não houver nenhuma bolha do 
sistema, é aberto totalmente o registro do reservatório contendo o corante, em seguida 
já é possível observar um filete de corante no centro do tubo transparente, que pode 
estar em um dos três estados, laminar, transitivo e turbulento, como mostrado na 
figura 2. 
 
 
1 Disponível em: <http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/aulasfei/12013/experiencia_de_Reynolds_12013.pdf>. Acesso 
em: 24 nov. 2020 
 
 
Figura 2 – Exemplos de regime laminar, transitivo e turbulento. 
 
Fonte: Internet2. 
 
 Para alterar de um estado para o outro, basta alimentar ou diminuir o fluxo de 
água no tubo, para isto, basta regular a vazão usando a válvula reguladora de vazão. 
Usando a Equação (1), é possível classificar de maneira numérica em qual 
regime se encontra o liquido. 
Para calcular o valor do número de Reynolds possui duas maneira, primeiro, 
encontrar os valores de 𝜌 e 𝜇 para a água a temperatura no qual o experimento se 
encontra, juntamente com valores de 𝑉 e 𝐷 obtido com dados do experimento, a outra 
forma é calcular os valores de 𝑉, 𝑣 e 𝐷, por meio dos dados do experimento. Com o 
valor do número de Reynolds obtido, basta categorizar, como mostrado anteriormente, 
para determinar o intervalo no qual o valor, e então, determinar o tipo de regime no 
qual o fluido se encontra. 
 
 
 
2 Disponível em: < https://www.guiadaengenharia.com/numero-reynolds-entenda/>. Acesso em: 24 nov. 2020 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 No primeiro ensaio o professor colocou uma vazão baixa e percebeu 
visualmente que estava em regime laminar, foi perceptível também que a velocidade 
estava baixa, pois foram necessários aproximadamente de vinte e seis segundos para 
encher o volume de 100ml. Mesmo sem os cálculos, somente com base na teoria, 
podemos perceber que provavelmente o regime seria laminar. 
 Já na segunda leitura, o professor aumentou um pouco a vazão e visualizou 
um regime entre laminar e transição, fez a segunda leitura do tempo que foi 
aproximadamente 7 segundos. Com isso podemos perceber que a velocidade do 
escoamento aumentou também, não o suficiente para entrar em regime turbulento 
ainda, mas não está tão contínuo para permanecer em regime laminar, portanto, está 
em uma transição do regime laminar para o transitório. 
 Para o terceiro ensaio o registo no fim da tubulação foi um pouco aberto, ficou 
perceptível que o filete de corante não estava mais contínuo, estava começando a se 
misturar com a água, a pressão e a vazão aumentaram, consideravelmente. Já em 
questão de tempo, para medir a vazão de 100 ml agora o tempo foi de 
aproximadamente 4 segundos, ou seja, a velocidade também aumentou nesse ensaio, 
entrando em regime de transição para regime turbulento. 
 No quarto ensaio, com o aumento da vazão, a pressão disparou, assim 
percebe-se que a perda de carga nesse tipo de regime de escoamento é bem maior 
do que nos outros, quanto a leitura da vazão pelo tempo, o tempo diminuiu, por isso, 
foi utilizado agora 200 ml, o tempo obtido foi de aproximadamente 3 segundos, com 
isso, se percebe que a velocidade do escoamento é tamanha que dificulta até no 
momento da leitura. Com base nesses dados, podemos admitir que o regime de 
escoamento é completamente turbulento e visualmente, vimos que realmente era, 
pois o corante estava todo misturado na água. 
 
 
 
5 CONCLUSÕES 
 Com os dados obtidos, é possível afirmar que conforme a vazão do fluido 
aumenta, sua pressão e perda de carga aumentam proporcionalmente, o tempo de 
escoamento diminui e com isso, a velocidade aumenta também, conforme esses 
parâmetros vão se modificando, vemos a diferença entre cada regime de escoamento. 
No laminar, a vazão, a pressão e a velocidade são baixas, conforme esses parâmetros 
aumentam, vai passando pro regime transitório, e depois quando todos os parâmetros 
estiverem elevados, entra em regime turbulento. 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
FERNANDES, Renato. Regimes de escoamento. 20 slides. Material apresentado 
para a disciplina de Hidráolica Aplicada do curso de construção civil da URCA. 
Disponível em: Microsoft PowerPoint - tipos-escoamentos.ppt [Modo de 
Compatibilidade] (urca.br). Acesso em: 24 de novembro de 2020. 
COELHO, Pedro. Número de Reynolds (Re). 2013. Disponível em: Número de 
Reynolds (Re) - Engquimicasantossp. Acesso em: 24 de novembro de 2020. 
STREETER, V. L.; WYLIE, B. E. Mecânica dos Fluidos. 7 ed. Tradução de: Celso da 
Silva. São Paulo, McGraw-Hill do Brasil. 1982. 
http://wiki.urca.br/dcc/lib/exe/fetch.php?media=tipos-escoamentos2.pdf
http://wiki.urca.br/dcc/lib/exe/fetch.php?media=tipos-escoamentos2.pdf
https://www.engquimicasantossp.com.br/2013/10/numero-de-reynolds.html
https://www.engquimicasantossp.com.br/2013/10/numero-de-reynolds.html