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Experiência de Reynolds ANA CAROLINA MAZI PIZZO JULIANA BOTA KELLEN LECHINOVSKI MONISE FERNANDA MACIEL MELIN OLIVIA ELIAS 1. Introdução O coeficiente de Reynolds(Re) é um número adimensional e usado em mecânica dos fluidos para calcular o regime de escoamento de um fluido. É uma relação entre as forças inerciais e as forças viscosas. Re = ρ𝑣𝐷 µ (1) Onde, ρ: massa específica, µ: viscosidade dinâmica, v: velocidade de escoamento; D: diâmetro da tubulação Regime I :Laminar O flui escoa como se fosse lâminas . Uma lâmina não se mistura com a outra durante o escoamento. Figura 1: Regime laminar Re < 2000 – Escoamento linear Regime II : Transitório Com um aumento da velocidade maior as lâminas tendem a se perturbar. Figura 2: Regime Transitório 2000 < Re < 2300 – Escoamento de transição Regime III : Turbulento Com um aumento ainda maior da velocidade as parcelas do fluido se misturam. Figura 3: Regime Turbulento Re > 2300 – Escoamento turbulento 2. Objetivos Identificar os regimes de escoamento (turbulento e laminar) Calcular o número de Reynolds para as diferentes situações e comparar com as observações. 3. Materiais e Métodos 3.1 Materiais Recipiente de 50 litros; Seringa; Permanganato de potássio; Cronômetro; Reservatório de água de 10 L; Tubulação de silicone transparente (diâmetro interno de 1,5 cm) para escoamento da água; Registro controlador de vazão; Um Béquer de 0,479 Kg Um Béquer de 0,448 Kg 3.2 Métodos Encheu-se o reservatório de água e retirou-se as bolhas de água presentes no duto de silicone. Mediu-se a temperatura da água. Primeiramente, o registro foi aberto em cerca de 10%, depois 50% e por último 70 % de sua abertura total . Durante o escoamento injetou-se o corante com o auxílio de uma seringa no fluxo de água e observou-se o regime de escoamento. Durante cada escoamento coletou –se água em cada um dos béqueres por 10 segundos. Calculou-se a vazão mássica. 4 Resultados e Discussões 4.1 Cálculos • Vazão Mássica (kg/s) = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 • Vazão Volumétrica (m³/s) = 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 𝑚á𝑠𝑠𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 • Velocidade (m/s) = 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎çã𝑜 • Re = ρ𝑣𝐷 µ Dados utilizados: • ρá𝑔𝑢𝑎 = 997,86 kg/m³ • μá𝑔𝑢𝑎 = 0,9572x10 −3 N.s/m² • D = 0,015 m 4.2 Resultados Registro Regime Visualisado Massa (Kg) Tempo (s) Vazão Mássica (Kg/s) Vazão Volumétrica (m³/s) Velocidade Média (m/s) Re Calculado Regime Calculado 10% Laminar 0,035 10s 0,0035 3,50751E-06 0,019282918 301,53028 Laminar0,033 10s 0,0033 3,30708E-06 50% Transitório 0,273 10s 0,0273 2,73585E-05 0,152278337 2381,2024 Turbulento0,264 10s 0,0264 2,64566E-05 70% Turbulento 0,616 10s 0,0616 6,17321E-05 0,354181831 5538,4018 Turbulento0,633 10s 0,0633 6,34358E-05 4.3 Discussão e Comparação Foi observado o regime laminar com 10% do registro abeto , regime transitório com 50% e turbulento com 70% . Os cálculos realizados obteve-se apenas os regimes laminar para o primeiro e turbulento para segundo e terceiro. Ou seja no segundo observamos transitório mas os cálculos indicaram turbulento. 4.4 Aplicações • Indicação do regime em projetos hidráulicos industriais • Determinação dimensionamentos industriais e optar por diferentes tipos de materiais para cada processo 4.5 Utilização Industrial • Fluxo laminar: controle minucioso do processo industrial. Auxiliam no controle de qualidade de produtos alimentícios, farmacêuticos e cosméticos. • Fluxo turbulento: Maior velocidade no escoamento de resíduos industriais, acelerando o processo de reutilização do resíduo ou até em seu descarte. É utilizado nas indústrias de aviões, onde deve-se controlar a turbulência, para garantir a estabilidade. E também em sistemas de irrigação, para impedir que a água, ao carregar sedimentos finos, obstrua o poros do solo. 5 Conclusão Com a realização do experimento foi possível calcular o número de Reynolds e comparar com o que regime observado. Com 10% do registro aberto, foi observado e calculado regime laminar. Com 50% com um pouco de dificuldade observou-se regime transitório ,porém, os cálculos mostraram regime turbulento. Com 70% observou-se e calculou-se regime turbulento. Portanto as formas de escoamento estão diretamente ligadas a velocidade e vazão e consequentemente com a viscosidade do fluido. 6 Bibliografia Coeficiente de Reynolds. Disponível em < http://pt.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_Reynoldsl> Acesso 06 de maio 2015. Scentia , Transição laminar-turbulenta. Disponível em <https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/transicao-laminar- turbulenta> Acesso em 06 de maio 2015.
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