A - Relatório de Ensaio - PARTE 1

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ENGENHARIA MECÂNICA 
FENÔMENOS DE TRANSPORTE 
 
 
 
EDUARDO MENDONÇA LIMA – 2000542 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE 2 
PRÁTICA E RELATÓRIO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DO EXPERIMENTO DE 
REYNOLDS E VISCOSÍMETRO DE STOKES 
 
 
 
 
 
 Itaperuna 
2022 
EDUARDO MENDONÇA LIMA 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA E RELATÓRIO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DO EXPERIMENTO DE 
REYNOLDS E VISCOSÍMETRO DE STOKES 
 
 
 
 
Relatório de laboratórios virtuais 
envolvendo o Experimento de 
Reynolds e o Viscosímetro de 
Stokes para a matéria de 
Fenômenos de Transporte para 
obtenção de nota no 1º 
semestre do ano de 2022. 
Orientador: Prof. Gabriel Pereira Gonçalves, M. Sc. 
Itaperuna 
2022 
ITAPERUNA-RJ, 2022 
 
SUMÁRIO 
1.1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 5 
1.2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 6 
1.2.1. Viscosímetro de Stokes ................................................................................. 6 
1.2.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 6 
1.3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 6 
1.3.1. Viscosímetro de Stokes ................................................................................. 6 
1.3.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 6 
1.4. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 7 
1.4.1. Viscosímetro de Stokes ................................................................................. 7 
1.4.1.1. Tubos de Acrílico ..................................................................................... 7 
1.4.1.2. Esferas Metálicas ..................................................................................... 8 
1.4.1.3. Imã de Neodímio ...................................................................................... 8 
1.4.1.4. Cronômetro .............................................................................................. 8 
1.4.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 9 
1.4.2.2. Válvulas ................................................................................................. 10 
1.4.2.3. Funil de Separação ................................................................................ 11 
1.4.2.4. Mangueira .............................................................................................. 11 
1.4.2.5. Pipeta ..................................................................................................... 11 
1.5. RESULTADOS E CONCLUSÕES ...................................................................... 12 
1.5.1. Viscosímetro de Stokes ............................................................................... 12 
1.5.2. Experimento de Reynolds ............................................................................ 13 
1.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 15 
 
 
 
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1.1. INTRODUÇÃO 
 A matéria Fenômenos de Transporte é ocupada a estudar o transporte do 
estudo sistemático da transferência da quantidade de movimento, energia e matéria. 
 Os estudos dos fluidos para a Engenharia são de grande importância pois em 
todas os projetos eles estão presentes. Esse estudo está envolvido em assuntos 
importantes como a produção de energia, a obtenção de água potável, a conservação 
de alimentos, lubrificação de máquinas e entre outras diversas aplicações. 
 A viscosidade é uma das propriedades do fluido com ampla aplicação na 
indústria. Os lubrificantes utilizados em máquinas e motores, e em todo o mundo 
utilizamos compostos que foram desenvolvidos de modo que sua viscosidade varia 
com a temperatura numa faixa determinada, otimizando o funcionamento desses 
dispositivos. Na indústria farmacêutica existem diversos processos de produção que 
utilizam a viscosidade como parâmetro na determinação do grau de pureza de alguns 
insumos e controle de qualidade dos produtos. Outro exemplo pode ser visto na 
indústria de cosméticos, onde a viscosidade é previamente estabelecida para que a 
fixação e forma de aplicação dos produtos agrade os clientes. Também é possível 
explorar como o escoamento ocorre em torno de corpos imersos, com diversas 
aplicações em áreas como: aerodinâmica (aviões, foguetes, projéteis), hidrodinâmica 
(navios, submarinos, torpedos) e engenharia eólica (edifícios, pontes, torres de 
transmissão, turbinas eólicas). 
 O Viscosímetro de Stokes, consiste em métodos que medem a deformação de 
um fluido em um determinado tempo de queda de uma esfera através de uma 
determinada equação. Já o Experimento de Reynolds demonstrou a existência de dois 
tipos de escoamento, o laminar, transicional e o turbulento. O experimento tinha como 
objetivo principal a visualização de um padrão de escoamento de água através de um 
tubo de vidro com auxílio de um fluido colorido com corante. 
 Nos experimentos praticados, são eles o Viscosímetro de Stokes e o 
Experimento de Reynolds, nós conseguimos descobrir diversas propriedades e 
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comportamentos dos fluidos em diversas áreas. Onde a análise desses fluidos 
possibilita a criação de produtos e o comportamento de outros fluidos como a água 
em tubulações. 
1.2. OBJETIVOS 
 1.2.1. Viscosímetro de Stokes 
 Os objetivos do Viscosímetro De Stokes consistem na análise e manipulação 
da viscosidade do fluido que possibilita a criação de produtos que atendem às 
necessidades do mercado. Ele é uma das formas de descobrir a viscosidade de um 
fluido, ele pode fazer uma variedade de medições e cálculos que reforçam os 
conceitos teóricos. 
 1.2.2. Experimento de Reynolds 
 O Experimento idealizado por Osborne Reynolds que é utilizado para verificar 
o comportamento da água em tubulações. Através deste experimento, é possível 
identificar os três tipos de escoamento já citados acima, o laminar, transicional e 
turbulento. 
1.3. JUSTIFICATIVA 
 1.3.1. Viscosímetro de Stokes 
 As justificativas para a execução dos ensaios com o viscosímetro são possíveis 
diferenciar e encontrar a viscosidade dinâmica e a viscosidade cinemática de 
diferentes fluidos por meio de cálculos, identificar as forças que atuam sobre um corpo 
em queda livre que se encontra mergulhado no fluido, determinar a velocidade 
terminal das esferas em queda livre nos fluidos. Todos esses dados são de suma 
importância para a determinação de qual fluido utilizar quando se vai projetar e fabricar 
algum equipamento, peça, construção, etc. 
 1.3.2. Experimento de Reynolds 
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 As justificativas para o uso do experimento de Reynolds é calcular o valor do 
número de Reynolds para uma tubulação e relacionar o comportamento do fluido com 
o número de Reynolds calculado. Onde o número de Reynolds é muito utilizado para 
cálculos na mecânica dos fluidos tanto para líquidos quanto para gases. Pois quando 
citamos líquidos em uma tubulação, estamos interessados em dimensionar a 
tubulação e a bomba na qual vai ser usada para bombear o líquido. Para dimensionar 
de maneira correta essa tubulação devemos levar em conta a diminuição da pressão 
que existirá no sistema devido a dificuldade do líquido em passar pela tubulação. 
 Sendo assim, para dimensionar corretamente devemos levar em consideração 
o número de Reynolds, pois a dificuldade do líquido em passar pela tubulação está 
em função do número de Reynolds. 
1.4. MATERIAIS E MÉTODOS 
 1.4.1. Viscosímetro de Stokes 
 Os materiais e métodos utilizados nesse experimento foram os seguintes: 
 1.4.1.1. Tubos de Acrílico 
 Cada tubo é feito de acrílico de cristal e possui uma escalade 0 a 900 
mm para auxiliar nas medições, onde se utiliza a contagem do tempo apenas quando 
atinge 100mm para calcular a velocidade da queda livre pois é onde podemos garantir 
que a esfera esteja em velocidade terminal. Uma tampa é disponibilizada para cada 
um deles, com o objetivo de evitar a contaminação dos fluidos. Uma estrutura de 
suporte fornece apoio aos tubos e garante a estabilidade do sistema. 
Figura 1 – Topo dos tubos de acrílico. 
 
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 1.4.1.2. Esferas Metálicas 
 Conjunto de esferas compostas por um material com densidade 
conhecida que são utilizadas como corpo de prova no experimento. As esferas serão 
abandonadas do repouso, descrevendo o movimento em queda livre enquanto 
escoam nos fluidos considerados. 
Figura 2 – Esferas metálicas 
 
 1.4.1.3. Imã de Neodímio 
 São utilizados para retirar as esferas metálicas do fundo dos tubos de 
acrílico, permitindo que elas sejam removidas ocasionando o mínimo de contato com 
o fluido. 
 1.4.1.4. Cronômetro 
 Uma ferramenta utilizada para realizar a contagem de tempo de acordo 
com o comando fornecido pelo seu usuário. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3 – Cronômetro 
 
 1.4.2. Experimento de Reynolds 
 A viscosidade é uma das propriedades do fluido com ampla aplicação na 
indústria. Os lubrificantes utilizados em máquinas e motores, e em todo o mundo 
utilizamos compostos que foram desenvolvidos de modo que sua viscosidade varia 
com a temperatura numa faixa determinada, otimizando o funcionamento desses 
dispositivos. Na indústria farmacêutica existem diversos processos de produção que 
utilizam a viscosidade como parâmetro na determinação do grau de pureza de alguns 
insumos e controle de qualidade dos produtos. Outro exemplo pode ser visto na 
indústria de cosméticos, onde a viscosidade é previamente estabelecida para que a 
fixação e forma de aplicação dos produtos agrade os clientes. Também é possível 
explorar como o escoamento ocorre em torno de corpos imersos, com diversas 
aplicações em áreas como: aerodinâmica (aviões, foguetes, projéteis), hidrodinâmica 
(navios, submarinos, torpedos) e engenharia eólica (edifícios, pontes, torres de 
transmissão, turbinas eólicas). 
 1.4.2.1. Bomba Centrífuga 
 As bombas centrífugas são uma subcategoria de turbo bombas cuja 
finalidade é transportar fluidos por escoamento. Por se tratar de uma máquina 
hidráulica o trabalho mecânico recebido é transformado em energia, que é transferido 
para o fluido na forma de pressão e energia cinética. 
 
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Figura 4 – Bomba Centrífuga 
 
 1.4.2.2. Válvulas 
 Válvulas são mecanismos de manobra que são utilizadas para controlar 
a vazão de um fluido dentro de uma tubulação. Na bancada, temos válvulas do tipo 
gaveta, válvula do tipo agulha, válvula do tipo esfera de metal e válvulas do tipo esfera 
de PVC. Quando essas válvulas estão totalmente abertas é possível observar uma 
perda de carga devido à sua forma construtiva. Ao começar a fechar uma válvula, o 
seu mecanismo interno, que pode ser uma esfera ou um obturador, aumenta a 
restrição da passagem do fluido, aumentando assim a perda de carga na tubulação e, 
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por consequência, diminuindo a vazão do fluido dentro da tubulação, podendo chegar 
até o ponto de fechar totalmente a passagem. 
 
 
Figura 5 – Válvulas de controle 
 
 
 1.4.2.3. Funil de Separação 
 O funil de separação (ou balão de separação) é utilizado para armazenar 
o líquido com corante que permite ao aluno visualizar o comportamento da água. Esse 
componente possui uma válvula on-off que é utilizada para permitir ou não a 
passagem do corante para a linha do experimento. 
 1.4.2.4. Mangueira 
 Mangueira pu é utilizada para direcionar o corante do funil de separação 
até a pipeta que se encontra na tubulação de acrílico. 
 1.4.2.5. Pipeta 
 Pipeta é um instrumento de vidro muito comum em laboratórios e é 
utilizada para realizar a transferência de líquidos. No experimento de Reynolds, ela é 
utilizada para promover a passagem do líquido com corante. 
 
 
 
 
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Figura 6 – Pipeta 
 
Fonte: 
 
1.5. RESULTADOS E CONCLUSÕES 
 Com os resultados apresentados nos experimentos, podemos chegar a 
diversos resultados e conclusões que serão abordados no subtópicos a seguir. 
 1.5.1. Viscosímetro de Stokes 
 Com os testes já feitos e calculando o que se pede, foi possível chegar aos 
seguintes resultados para o Viscosímetro de Stokes utilizando apenas os tubos com 
água e glicerina. 
Tabela 1 – Resultados obtidos com o tubo de água. 
 
 
 
 
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Tabela 2 – Resultados obtidos com o tubo de glicerina. 
 
 
Tabela 3 – Resultados obtidos com o tubo de Óleo 5w20 
 
 Com os resultados das tabelas acima podemos observar que cada esfera com 
seu determinado diâmetro se comporta de maneira única em cada um dos fluidos, 
podendo variar minimamente o tempo de descida nas três tentativas. Percebemos 
também que, quanto maior o diâmetro da esfera, menor é o tempo de sua descida, e 
para complementar vemos também que o erro relativo é tão pequeno que pode-se 
dizer que o laboratório virtual traz uma precisão de 99,9% dos testes feitos. Sendo 
que claramente é possível observar que no tubo com glicerina a viscosidade dinâmica 
com certeza é maior por conta de sua densidade mais alta. 
 1.5.2. Experimento de Reynolds 
 Podemos ver os resultados obtidos na tabela a seguir com o experimento de 
Reynolds. 
Tabela 4 – Resultado do experimento de Reynolds 
 
 Conseguimos ver um resultado interessante com um fluido em escoamento 
laminar com uma característica prevista dentre as determinações do número de 
Reynolds nas bibliografias. Tem-se um valor menor que 2300 para escoamento 
laminar, o que foi observado como mostra o resultado da tabela 2. 
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 1.5.3. Questionamentos a serem respondidos 
 Como foi proposto algumas perguntas no arquivo do trabalho, as respostas 
para os questionamentos estão a seguir. 
• Como a viscosidade absoluta em fluidos newtonianos no estado líquido 
se comporta com o aumento da temperatura? 
 Com o aumento da temperatura, a viscosidade absoluta diminui, pois, as 
forças intermoleculares se tornam menos efetivas e com isso menor a 
viscosidade. 
• Qual a relação do número de Reynolds com a viscosidade tratada na 
prática virtual? 
 O número de Reynolds é de suma importância para definir o tipo de 
escoamento que acontece no experimento, se o fluido tem estabilidade ou não, 
e também indica se o fluido escoa de forma laminar ou turbulenta. 
• Quais são as forças que atuam sobre uma esfera, imersa em um fluido 
newtoniano, que se encontra em queda livre e com velocidade terminal? 
 São elas a força peso, a força de arrasto e o empuxo. 
• Durante a execução do experimento (viscosímetro de Stokes) serão 
realizadas diversas medidas e cálculos para encontrar a viscosidade 
dinâmica de diferentes fluidos. Qual dos fluidos apresentará maior 
viscosidade dinâmica? 
 Como já foi dito na própria conclusão, o fluido de glicerina devido a sua 
maior densidade. 
• Qual a relação entre viscosidade cinemática e dinâmica? 
 São diretamente proporcionais, pois a fórmula utilizada está expressa na figura 
7 a seguir. 
Figura 7 – Equação da viscosidade cinemática 
 
• No viscosímetro de Stokes, por qual motivo a contagem do tempo para o 
cálculo da velocidade da queda livre da esfera é iniciada apenas quando 
ela atinge a marcação de 100mm nos tubos de acrílico? 
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 É feita a partir dessa medida para garantir que a esfera esteja em seu estado 
de velocidade terminal. 
 
 
 
1.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
http://meusite.mackenzie.com.br/eangelo/Exp_Reynolds.pdf 
https://prpi.ifce.edu.br/nl/_lib/file/doc1952-
Trabalho/DETERMINA%C7%C3O%20EXPERIMENTAL%20DA%20VISCOSIDADE
%20ATRAV%C9S%20DO%20M%C9TODO%20DE%20STOKES.pdf 
https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/110/6254588768c92.htmlhttps://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/762/625458af28cb9.html 
https://loja.weconsultoria.com.br/pipeta-graduada-10ml-p44865/ 
 
 
http://meusite.mackenzie.com.br/eangelo/Exp_Reynolds.pdf
https://prpi.ifce.edu.br/nl/_lib/file/doc1952-Trabalho/DETERMINA%C7%C3O%20EXPERIMENTAL%20DA%20VISCOSIDADE%20ATRAV%C9S%20DO%20M%C9TODO%20DE%20STOKES.pdf
https://prpi.ifce.edu.br/nl/_lib/file/doc1952-Trabalho/DETERMINA%C7%C3O%20EXPERIMENTAL%20DA%20VISCOSIDADE%20ATRAV%C9S%20DO%20M%C9TODO%20DE%20STOKES.pdf
https://prpi.ifce.edu.br/nl/_lib/file/doc1952-Trabalho/DETERMINA%C7%C3O%20EXPERIMENTAL%20DA%20VISCOSIDADE%20ATRAV%C9S%20DO%20M%C9TODO%20DE%20STOKES.pdf
https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/762/625458af28cb9.html
https://loja.weconsultoria.com.br/pipeta-graduada-10ml-p44865/
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