EXPERIMENTO DE REYNOLDS

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
EXPERIÊNCIA DE REYNOLDS
TOLEDO – PR
Março de 2012
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ALAN ROBER TASCHIN
JANETE CHIMBIDA
PAULO EDUARDO SARTORI
SARAH MAYANE TEIXEIRA
EXPERIÊNCIA DE REYNOLDS
Relatório entregue como requisito parcial de avaliação da disciplina de Laboratório de Engenharia Química I do curso de Engenharia Química da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – Campus Toledo.
Profº.: Dra. Márcia Teresinha Veit
TOLEDO-PR
Março de 2012
RESUMO
Esta prática tem por objetivo observar, classificar e distinguir os tipos de escoamentos em laminar, transitório e turbulento. Para tal classificação, calculou-se o número de Reynolds através de características físicas do fluido, água, tais como a velocidade de escoamento, a massa específica e a viscosidade dinâmica do mesmo, além do diâmetro do tubo utilizado.
No escoamento laminar, verificou-se Re <2100, para o regime turbulento Re >2500, já no transitório há uma faixa intermediária 2100<Re<2500. Observou-se também que a distinção visual do regime transitório é muito difícil, pois se assemelha muito aos dois extremos, sendo possível comprovar a existência do mesmo apenas pelo número de Reynolds.
Ainda, foram realizadas coletas em dois tipos de tubos, um normal e outro com estrangulamento para constatar a influência deste fenômeno no número de Reynolds, pois visualmente, classificou-se o regime na forma inicial, antes do estrangulamento, já que depois ele passa a ser aparentemente turbulento.
Sendo assim, o número de Reynolds permite constatar que tipo de escoamento se está trabalhando para que seja possível planejar, dimensionar ou restaurar o sistema de acordo com suas necessidades.
ÍNDICE
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
NOMENCLATURA
R1: Primeira repetição.
R2: Segunda repetição.
: Vazão volumar (m3/s)
: Volume
: tempo (s).
: diâmetro interno da tubulação (cm).
 : vazão mássica (kg/s).
: densidade do fluido (m3/kg).
: velocidade do fluido (m/s).
: massa do fluido (kg).
: área da seção transversal da tubulação (m2).
: comprimento da tubulação (m).
1. INTRODUÇÃO
O número de Reynolds (abreviado como Re) é um número adimensional usado em mecânica dos fluídos para o cálculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfície. É utilizado, por exemplo, em projetos de tubulações industriais. O seu nome vem de Osborne Reynolds, um físico e engenheiro irlandês. O seu significado físico é um quociente entre as forças de inércia e as forças de viscosidade.
A importância fundamental do número de Reynolds é a possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou turbulenta. Com isso, podem-se realizar os dimensionamentos industriais e optar por materiais mais adequados para cada processo.
OBJETIVOS
Esta prática tem por objetivo visualizar e distinguir os escoamentos laminar e turbulento, além de identificar a transição desses regimes. Também foi determinado experimentalmente o número de Reynolds para cada tipo de escoamento.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
m 1883 Osborne Reynolds realizou um experimento que mostrou a existência de dois tipos de escoamento: “o primeiro onde os elementos do fluido seguem-se ao longo de linhas de movimento e que vão da maneira mais direta possível ao seu destino, e outro em que se movem em trajetórias sinuosas da maneira mais indireta possível” seguindo a redação original. Ou seja, descreveu como visualizar escoamentos laminares e turbulentos.
Figura 01 – Escoamento laminar e turbulento
Para isso, Reynolds empregou um dispositivo como o utilizado na figura 1, que consiste de um tubo transparente inserido em um recipiente com paredes de vidro. Um corante é introduzido na entrada do tubo. Ao abrir gradualmente o obturador T, observa-se a formação de um filete retilíneo. Neste tipo de movimento, definido como laminar, as partículas apresentam trajetórias bem definidas, que não se cruzam. Ao abrir mais a torneira a velocidade aumenta e o filamento de difunde no líquido, como consequência do movimento desordenado das partículas. Este regime denomina-se turbulento. (NETO, 2011).
Figura 02 – Dispositivo de Reynolds
Após investigações experimentais e teóricas, Reynolds concluiu que o critério mais apropriado para se determinar o tipo de escoamento em uma canalização não se atém exclusivamente ao valor da velocidade, mas a uma expressão adimensional na qual a viscosidade do líquido também é levada em consideração. Este adimensional, que passou a ser conhecido como número de Reynolds.
Para escoamento de dutos com seção circular, verifica-se que, para Re<2100, o escoamento é laminar em geral. Se Re >2500, o escoamento geralmente é turbulento. Dessa forma, se estabelece uma faixa de transição na qual os dois tipos de escoamento podem existir, sendo que para 2100<Re<2500 ocorre essa situação de transição, condição que depende de condições ambientes, principalmente de vibrações no sistema (LIVI, 2004).
Na engenharia aeronáutica, por exemplo, o estudo do número de Reynolds é de extrema importância, pois possibilita avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou turbulenta. Assim, pode-se fazer uma escolha e análise adequada das características aerodinâmicas da superfície projetada, pois a eficiência de um perfil em gerar sustentação está intimamente relacionada ao número de Reynolds obtido (RODRIGUES, 2011).
Além disso, através do número de Reynolds estabelece-se o conceito de semelhança fluidodinâmica: dizemos que dois sistemas geometricamente semelhantes possuem semelhança fluidodinâmica quando os correspondentes números de Reynolds são iguais (embora possam ser desiguais as velocidades, as densidades e as viscosidades dos fluidos em escoamento). A semelhança fluidodinâmica entre um sistema projetado e um modelo reduzido do mesmo sistema permite aplicar ao sistema as conclusões obtidas do comportamento experimental do modelo, reduzindo-se assim os custos efetuando as experiências em modelos reduzidos (embarcações, aeronaves, portos, barragens, regularização de rios, etc.) (NETTO, 2011).
A distinção visual entre os dois tipos de escoamento é bastante clara e pode ser facilmente demonstrada pelo clássico filete de tinta conforme esquema da Figura 02. Um líquido transparente escoa livremente através de um tubo também transparente e a vazão pode ser ajustada por um registro na extremidade. Um reservatório com líquido colorido injeta um filete no fluxo.
Se o registro é pouco aberto, proporcionando uma vazão baixa, observa-se um filete contínuo e regular, sem perturbações transversais, (a) da figura. Pode-se dizer que, nessa situação, as veias dos fluxos (ou lâminas, se considerado o aspecto tridimensional) escoam de maneira uniforme, sem mistura com as demais. Há então a situação de escoamento laminar. Se a vazão é gradualmente aumentada, observa-se que, a partir de determinado valor, o filete de tinta deixa de ser regular, mostrando claras perturbações laterais como em (b) da figura. Isso significa que a velocidade superou algum valor crítico, provocando instabilidades nas linhas de fluxo. Essa condição é denominada escoamento turbulento. De forma prática, é possível afirmar que forças inerciais predominam no escoamento turbulento e que forças de viscosidade predominam no escoamento laminar.
A simples análise da fórmula (1) mostra que o número de Reynolds é uma grandeza adimensional. Entretanto, o produto das grandezas do numerador pode ser visto como contribuição das forças inerciais e o denominador como contribuição das forças de viscosidade. Assim, o número de Reynolds deve ser maior para o escoamento turbulento e deve existir um valor critico ou de transição.
Reynolds verificou que o valorde transição depende do sentido da variação: se a velocidade de um fluxo laminar é gradualmente aumentada até se tornar turbulento, o valor é 2500. Se a velocidade de um fluxo turbulento é gradualmente reduzida até se tornar laminar, o valor é 2100. Em geral, o valor 2100 é adotado como crítico para transição entre laminar e turbulento.
A equação (1) demonstra a fórmula para o número de Reynolds:
 (1)
Onde,
v - velocidade de escoamento
D – diâmetro interno do tubo
μ - viscosidade dinâmica do fluido
ρ - massa específica do fluido
Para o cálculo do erro de Reynolds utilizou – se a seguinte fórmula de propagação do erro, sendo a propagação deste encontrada na velocidade de escoamento:
ΔRe = () * (∆v) (2)
Onde,
(Parte 1 de 3)
1
 
2
 
3
próxima »
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