Análise do escoamento nas tubulações através da viscosidade dos fluidos

Prévia do material em texto

Análise do escoamento nas tubulações através da viscosidade dos fluidos.
(Larissa Furlan; Lucas Augusto Lenzi; Matheus Oliveira de Souza; Pedro Henrique da Cunha)
Universidade São Francisco, Avenida São Francisco de Assis, 218, Cidade Universitária, Bragança Paulista- SP
Orientadora: Prof.ª Dra. Roberta Bianchi
	
 Resumo O objetivo deste artigo é fornecer um estudo detalhado sobre a interferência da viscosidade de cada fluidos no escoamento dentro das tubulações
I.INTRODUÇÃO
 Podemos definir fluido como toda substância que se deforma com a aplicação de uma força qualquer. O fluido pode ser encontrado tanto na forma de gás, ou no estado liquido. A tubulação é o principal meio de escoamento de fluidos em uma construção, seja ela de caráter residencial, comercial, ou até mesmo grandes galerias de águas pluviais e de esgoto. Com o passar dos anos e do avanço tecnológico novos tipos de tubulações passaram a surgir no mercado. Desde novas tecnologias no processo de fabricação, bem como o uso de novos materiais vem sendo aprimorados a cada dia. Cada tubulação possui características únicas de composição e escoamento de fluidos, porém uma característica constante a todo fluido que interfere consideravelmente no escoamento dentro da tubulação é sua própria viscosidade ou como é comumente chamado atrito interno. O atrito que o fluido produz com as paredes da tubulação é o principal fator que interfere na vazão do fluido e consequentemente na sua classificação de escoamento, %este podendo ser definido em três classes com características distintas, sendo elas:
Escoamento laminar;
Escoamento de transição e 
Escoamento turbulento.
Cada fluido possui uma viscosidade diferente conforme características únicas de cada elemento. Na atualidade são consumidos os mais diversos alimentos e à vista disso os mais variados tipos de fluidos, que como consequência acabam indo parar nas tubulações da residência e rede coletora ocasionando em muitos casos problemas graves que acabam gerando altos custos na manutenção, diante disto é possível realizar um estudo sobre como a viscosidade interfere no regime de escoamento e com base nos dados obtidos definir uma maneira de maximizar o escoamento dentro da tubulação.
Através de pesquisa experimental utilizando dois fluidos com viscosidades diferentes pode ser obtido o regime de escoamento de cada material em um modelo idêntico, fazendo uso das fórmulas de vazão, velocidade media e do Coeficiente de Reynolds.
II. OBJETIVO
O objetivo do grupo é analisar como dois fluidos com viscosidade diferentes se comportam dentro de uma tubulação de PVC, habitualmente utilizada em residências, e determinar o coeficiente de escoamento através das formulas de velocidade média, vazão volumétrica, e coeficiente de Reynolds.
III. METODOLOGIA
Analisando um modelo com duas tubulações idênticas (Fig. 1), medindo 0,70m de comprimento e 32mm de diâmetro é possível determinar o coeficiente de escoamento ao despejar os dois fluidos na tubulação, usando como base a equação de velocidade média “(1)” e o cálculo da vazão volumétrica no percurso “(2)”.
 V= ∆s/∆t (1)
 Q= Vol./t (2)
Com os dados obtidos e o que foi observado é possível determinar o Coeficiente de Reynolds e definir que tipo de escoamento cada fluido detém no percurso analisado.
Usando dois fluidos com viscosidades diferentes, sendo estes água e óleo, com índices de viscosidade 1,0030x10-3 e 6,35x10-3 respectivamente, é possível compor todo o escopo da equação que determina o número de Reynolds em um sistema, obtendo desta forma o regime de escoamento do mesmo. “(3)”
ρ.vel.D
 µ
 Re= (3)
Fig.1. Modelo de tubulação produzido para análise de escoamento.
IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Segundo José A. Martins, no ínicio de qualquer escoamento superficial forma-se uma película laminar que aumenta de espessura, a medida que o fluído prossegue, até atingir um estado de equilíbrio.
Segundo White, 2002, a caracterização de escoamentos passa pela medição de propriedades locais, integradas e globais. As propriedades locais podem ser termodinâmicas, como pressão, temperatura, massa específica, viscosidade, etc., que definem o estado do fluido, além de sua velocidade.
 Com os dados iniciais que eram conhecidos e o tempo cronometrado necessário para o total escoamento, foi possível realizar a equação de velocidade média para ambos os fluidos, conforme descrito abaixo.
“(1)” Vágua=0,70 ÷ 1,98
 Vágua= 1,39 m/s
 Vóleo= 0,70 ÷ 19,78
 Vóleo= 0,035 m/s
Ao utilizar 2 litros de cada fluido estamos inserindo no modelo um volume igual a 0,002 m3, quantia esta necessária para determinar a vazão volumétrica do fluido em metros cúbicos por segundos conforme demonstra o cálculo “(2)”.
Qágua= 0,002 ÷ 1,98
Qágua=0,001 m3/s
Qóleo= 0,002 ÷ 19,78
Qóleo= 0,0001 m3/s
Fazendo uso dos resultados obtidos com as equações anteriores é possível realizar o cálculo do Coeficiente de Reynolds “(3)” e definir o fluxo de escoamento conforme apresentado na Tabela (1).
Tabela 1- Regime de escoamento
	Re <= 2000
	Escoamento laminar
	2000< Re <2400
	Escoamento de transição
	Re >= 2400
	Escoamento Turbulento
 
Para determinar a massa especifica de cada fluido utiliza-se a relação entre a massa do fluido e o seu volume utilizado, no caso do ensaio realizado o volume é idêntico para ambos os elementos, variando apenas sua massa.
ρ= m÷v (4)
Realizando os cálculos para obter a massa especifica de cada fluido:
(4) 
ρágua= 2000 ÷ 0,002
ρágua=
Através da observação do funcionamento do modelo e da realização dos cálculos matemáticos foram obtidos os dados contidos na Tabela (2). 
Tabela 2- Resultados finais
	
	Água
	Óleo
	Tempo de escoamento
	1,98 segundos
	19,78 segundos
	Velocidade de escoamento
	1,39 m/s
	 0,035 m/s
 
	Massa específica
	
	
	Volume
	0,002 m3
	0,002 m3
	Vazão volumétrica
	
	
	Viscosidade
	1,0030x10-3
	6,35x10-3
	Coeficiente de Reynolds