Relatório de Ensaio

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ENGENHARIA MECÂNICA 
HIDRÁULICA E MÁQUINAS DE FLUXO 
 
 
EDUARDO MENDONÇA LIMA – 2000542 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE 2 
PRÁTICA E RELATÓRIO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DO EXPERIMENTO DE 
REYNOLDS E PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA 
 
 
 
 
 
 Itaperuna 
2023 
 
 
EDUARDO MENDONÇA LIMA 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA E RELATÓRIO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DO EXPERIMENTO DE 
REYNOLDS E PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA 
 
 
 
Relatório de laboratórios virtuais 
envolvendo o Experimento de 
Reynolds e a Perda de carga 
distribuída para obtenção de 
nota na 1° avaliação da 
disciplina. 
 
 
Itaperuna-RJ 
2023 
ITAPERUNA-RJ, 2023 
 
SUMÁRIO 
1.1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4 
1.2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 5 
1.2.1. Perda de carga distribuída ............................................................................. 5 
1.2.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 5 
1.3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 5 
1.3.1. Perda de carga distibuída .............................................................................. 5 
1.3.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 5 
1.4. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 6 
1.4.1. Perda de carga distribuída ............................................................................. 6 
1.4.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 7 
1.4.2.2. Válvulas ................................................................................................... 8 
1.4.2.3. Funil de Separação .................................................................................. 9 
1.4.2.4. Mangueira ................................................................................................ 9 
1.4.2.5. Pipeta ....................................................................................................... 9 
1.5. RESULTADOS E CONCLUSÕES ...................................................................... 10 
1.5.1. Perda de carga distribuída ........................................................................... 10 
1.5.2. Experimento de Reynolds ............................................................................ 11 
1.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 11 
 
 
 
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1.1. INTRODUÇÃO 
 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). 
 A perda de carga distribuída, consiste na análise de um fluido escorrendo por 
tubulações, onde é possível perceber que a velocidade de entrada no início do tubo 
ou cano, já não é a mesma no final do material. 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 a Perda de carga distribuída e o 
Experimento de Reynolds, nós conseguimos descobrir diversas propriedades e 
comportamentos dos fluidos em diversas áreas. Onde a análise desses fluidos 
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possibilita a criação de produtos e o comportamento de outros fluidos como a água 
em tubulações. 
1.2. OBJETIVOS 
 1.2.1. Perda de carga distribuída 
 Os objetivos da análise de perda de carga distribuída é analisar a perda que 
ocorre ao longo da tubulação devido ao atrito do fluido com as paredes do condutor. 
A parede dos dutos retilíneos causam a perda de pressão distribuída ao longo do 
comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente 
ao longo do comprimento e por isso é denominada de Perda de Carga Distribuída. 
 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. Perda de carga distibuída 
 O cálculo destas perdas permite a otimização destes projetos gerando 
economia na produção e eficiência das instalações hidráulicas, logo colabora de forma 
assídua nas aplicações que envolvem fluidos e tubulações. 
 1.3.2. Experimento de Reynolds 
 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 
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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. Perda de carga distribuída 
 Os materiais utilizados nesse experimento foram os seguintes: 
• Uma tubulação de PVC 32 mm e uma de 25 mm; 
• Uma tubulação de cobre 28 mm e uma de 25 mm; 
• Manômetro em U; 
• Rotâmetro; 
• Válvulas; 
• Quadro elétrico; 
• Bombas hidráulicas. 
Passo a passo para a realização do experimento: 
• Passo 1: Posicionar as válvulas nas posições indicadas no roteiro. 
• Passo 2: Configurar as válvulas correspondentes a linha que deseja 
realizar o experimento. As configurações de cada linha se encontram no 
roteiro. 
• Passo 3: Conectar as mangueiras de tomada de pressão na linha a qual 
o experimento será realizado. 
• Passo 4: Mantenha o botão de emergência desativado e habilite a 
bomba 2. Posicione o potenciômetro de vazão no centro de sua escala 
e ligue o sistema. 
• Passo 5: Agora é só variar a vazão com o potenciômetro, anotando-a, 
assim como a perda de carga correspondente. São necessários 5 
pontos. 
 
 
 
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 1.4.2. Experimento de Reynolds 
 A viscosidade é uma das propriedades do fluido com amplaaplicação 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 1 – 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, 
por consequência, diminuindo a vazão do fluido dentro da tubulação, podendo chegar 
até o ponto de fechar totalmente a passagem. 
 
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Figura 2 – 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. 
Figura 3 – Pipeta 
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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. Perda de carga distribuída 
 
Tabela 1 – Resultados obtidos. 
PVC - 32 mm 
ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 
55,5 49,44 22 1800 
56,27 91,48 40 2500 
56,51 128,77 56 3000 
59,18 210,7 86 3900 
61,7 287,3 110 4600 
 
PVC - 25 mm 
ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 
32,79 122,01 82 1750 
32,74 187,36 126 2200 
35,23 367,49 238 3150 
38,68 459,95 282 3550 
45,15 630,86 346 4200 
 
COBRE - 28mm 
ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 
70 145,83 44 1800 
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74 238 62 2300 
76,7 378,02 88 2900 
83,3 718,73 120 4000 
80 792,34 160 4200 
 
ACRÍLICO - 25 mm 
ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 
24,59 122,01 92 1750 
28,36 195,43 140 2250 
23,54 300,82 230 2850 
35,62 484,66 312 3650 
36 562,21 360 3950 
 
 1.5.2. Experimento de Reynolds 
 Podemos ver os resultados obtidos na tabela a seguir com o experimento de 
Reynolds. 
Tabela 2 – 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. 
 
 
 
1.6. QUESTIONÁRIO A SER RESPONDIDO 
• Quais são as principais fontes de erros para este experimento? A 
discrepância foi grande entre os valores teóricos e experimentais? 
 
R: A principal fonte de erro foi a forma de escoamento! Por todas serem 
turbulentas os cálculos tiveram erros discrepantes com relação à perda 
calculada. 
 
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• Análise os dados para cada tubulação e responda. Qual a influência do diâmetro 
da tubulação, do material e da vazão na perda de carga distribuída? 
 
R: Quanto maior a tubulação maior a vazão e perdas, também são maiores os 
erros das perdas calculadas. O material vai alterar o formato do gráfico deixando 
de ser linear quando se despreza a rugosidade para um gráfico mais curvo, 
quanto maior a rugosidade, mais é afetada a linearidade das perdas percebidas. 
 
• Gráficos plotados. 
 
 
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120
Q
 (
l/
h
)
Hc (mmH2O)
PVC - 32 mm
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 100 200 300 400
Q
 (
l/
h
)
Hc (mmH2O)
PVC - 25 mm
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 50 100 150 200
Q
 (
l/
h
)
Hc (mmH2O)
COBRE - 28 mm
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Q
 (
l/
h
)
Hc (mmH2O)
ACRÍLICO - 25 mm