Avaliação qualitativa da transição laminar turbulenta para fluidos diversos em condições de escoamento natural e forçado.

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Curso: Engenharia Automação e Controle, Elétrica e Produção.
Turma: 04-UN-021
Período: 4º
Disciplina: Fenômenos de transporte 
Prática Nº: 02
Professor (a): Pedro Penedo
Assunto: Avaliação qualitativa da transição laminar turbulenta para fluidos diversos em condições de escoamento natural e forçado.
Nomes: Andeyvison Mateus Mat.: 20171001151
 João Pedro Peixoto 20171000520
 Maria Helena Muniz 20171000191
 Raphaelle Rangel 20171000942
 Yan Peres da Silva Marques 20171000366
 
Data: 22/10/2018
Objetivo
Verificar a avaliação qualitativa da transição que o fluido apresenta em diversas condições de escoamento (natural e forçado), identificando assim se é laminar- turbulento utilizando três tipos de fluidos cada um com suas características.
Introdução 
No escoamento de um fluido por meio de um duto ou tubo, o perfil de velocidade na entrada do sistema é normalmente uniforme. Na medida em que avança o escoamento do fluido os efeitos da viscosidade são constatados pela aderência de uma faixa de fluido sobre a superfície do tubo, e há o aparecimento de tensões de cisalhamento entre as camadas adjacentes. A camada do escoamento que é influenciada pela viscosidade é chamada de camada limite. O escoamento apresenta vários tipos de fluxos dos fluidos, entre os principais estão:
Escoamento laminar 
Acontece quando as partículas de um fluido se movem ao longo de trajetórias bem definidas, mostrando lâminas ou camadas, cada uma delas preservando suas características no meio. A viscosidade deste escoamento age no fluido no sentido de suavizar a propensão de surgimento da turbulência. Em fluidos com grande viscosidade e baixa velocidade ocorre geralmente este escoamento. 
Figura I – Escoamento Laminar
Escoamento turbulento 
Acontece quando as partículas de um fluido não se movem ao longo da trajetória bem definidas, ou seja, as trajetórias são irregulares as partículas invadem o caminho das adjacentes, misturando-se e movendo-se de uma forma aleatória.
Figura II – Regime Turbulento
Relação dos materiais 
Aquário com dutos em vidro para escoamento; 
Seringa plástica (30 ml);
Dispositivo bifurcado;
Becker (250 ml) com fluidos;
Suporte universal e garra para fixação; 
Fluídos (corante artificial);
Fluídos II (óleo de soja);
Fluídos III (glicerina);
Procedimento 
Fluido I – corante artificial
 
Etapa 1: Escoamento Natural 
Já com a seringa afixada ao dispositivo bifurcado (que se encontra fechado), logo após fixar a garra do suporte universal, encher a seringa com o fluido I contido no Becker. Em seguida posicionar a garra do suporte a certa altura elevada e abrir a torneira do conjunto de dutos do aquário. Depois abrir a trava do dispositivo bifurcado, permitindo assim o escoamento do fluido para a mangueira e dutos. Quando estiver marcando 30ml fechar o dispositivo bifurcado encerando assim o escoamento do fluido I, fechar a torneira do conjunto de dutos .
Mudar a posição da garra para mais baixa (nível do nivelamento da agua do aquário), e abrir novamente a trava do dispositivo bifurcado, assim possibilitando o escoamento do fluido I. Logo após fechar o dispositivo bifurcado e a torneira do conjunto de dutos do aquário.
Observou-se no experimento que o regime do fluido I é laminar, pois as partículas do fluido moveram-se ao longo da trajetória bem definidas e apresentou uma camada bem preservada de suas características. Já em relação à altura em que o fluido começou o escoamento não altera em nada o seu regime.
Etapa 2 – escoamento forçado 
Encher novamente a seringa com fluido I e colocar o êmbolo, abrir a torneira do conjunto de dutos e a trava do dispositivo bifurcado permitindo assim o escoamento do fluido I, empurrar o êmbolo da seringa forçando o escoamento do fluido I para dentro do duto. Variar a força aplicada para o deslocamento do êmbolo, fechar a trava do dispositivo bifurcado e a torneira do conjunto de dutos, assim encerando o escoamento do fluido I. 
Observou-se no experimento que o regime do fluido I é laminar e à medida que aumenta a coluna de ar vira turbulento, pois as partículas do fluido não se moveram ao longo da trajetória bem definidas, ou seja, as partículas têm trajetórias irregulares, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa liquida. 
Fluido II – Óleo de soja
 
Etapa 1: Escoamento Natural 
Já com a seringa afixada ao dispositivo bifurcado (que se encontra fechado), logo após fixar a garra do suporte universal, encher a seringa com o fluido II contido no Becker. Em seguida posicionar a garra do suporte a certa altura elevada e abrir a torneira do conjunto de dutos do aquário. Depois abrir a trava do dispositivo bifurcado, permitindo assim o escoamento do fluido para a mangueira e dutos. Quando estiver marcando 30ml fechar o dispositivo bifurcado encerando assim o escoamento do fluido II e fechar a torneira do conjunto de dutos .
Mudar a posição da garra para mais baixa (nível do nivelamento da agua do aquário), e abrir novamente a trava do dispositivo bifurcado, assim possibilitando o escoamento do fluido II. Logo após fechar o dispositivo bifurcado e a torneira do conjunto de dutos do aquário.
Observou-se no experimento que o regime do fluido II é laminar, pois as partículas do fluido moveram-se ao longo da trajetória bem definidas e apresentou uma camada bem preservada de suas características. Já em relação à altura em que o fluido começou o escoamento não altera em nada o seu regime.
Etapa 2 – escoamento forçado
 
Encher novamente a seringa com fluido II e colocar o êmbolo, abrir a torneira do conjunto de dutos e a trava do dispositivo bifurcado permitindo assim o escoamento do fluido II, empurrar o êmbolo da seringa forçando o escoamento do fluido para dentro do duto. Variar a força aplicada para o deslocamento do êmbolo, fechar a trava do dispositivo bifurcado e a torneira do conjunto de dutos, assim encerando o escoamento do fluido II. 
Observou-se no experimento que o regime do fluido II é laminar e à medida que aumenta a coluna de ar vira turbulento, pois as partículas do fluido não se moveram ao longo da trajetória bem definidas, ou seja, as partículas têm trajetórias irregulares, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa liquida. 
Fluido III- Glicerina 
Etapa 1: Escoamento Natural 
Já com a seringa afixada ao dispositivo bifurcado (que se encontra fechado), logo após fixar a garra do suporte universal, encher a seringa com o fluido III contido no Becker. Em seguida posicionar a garra do suporte a certa altura elevada e abrir a torneira do conjunto de dutos do aquário. Depois abrir a trava do dispositivo bifurcado, permitindo assim o escoamento do fluido para a mangueira e dutos. Quando estiver marcando 30ml fechar o dispositivo bifurcado encerando assim o escoamento do fluido III e fechar a torneira do conjunto de dutos .
Mudar a posição da garra para mais baixo (nível do nivelamento da agua do aquário), e abrir novamente a trava do dispositivo bifurcado, assim possibilitando o escoamento do fluido III. Logo após fechar o dispositivo bifurcado e a torneira do conjunto de dutos do aquário.
Observou-se no experimento que o regime do fluido III é laminar, pois as partículas do fluido moveram-se ao longo da trajetória bem definidas e apresentou uma camada bem preservada de suas características. Já em relação à altura em que o fluido começou o escoamento não altera em nada o seu regime.
Etapa 2 – escoamento forçado 
Encher novamente a seringa com fluido III e colocar o êmbolo, abrir a torneira do conjunto de dutos e a trava do dispositivo bifurcado permitindo assim o escoamento do fluido III, empurrar o êmbolo da seringa forçando o escoamento do fluidopara dentro do duto. Variar a força aplicada para o deslocamento do êmbolo, fechar a trava do dispositivo bifurcado e a torneira do conjunto de dutos, assim encerando o escoamento do fluido III. 
Observou-se no experimento que o regime do fluido III é turbulento, pois as partículas do fluido não se moveram ao longo da trajetória bem definidas, ou seja, as partículas têm trajetórias irregulares, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa liquida. 
Etapa 3 – Cálculo do Número de Reynolds para definição do Regime de Escoamento
A fim de comprovar que o regime de escoamento da glicerina no experimento realizado na primeira etapa do tópico três é realmente laminar foi realizado o cálculo que se refere ao número de Reynolds. Através desse é possível determinar qual tipo de regime o fluido está apresentando. Abaixo está o passo a passo para determinação do Re.
Obs.: O número de Reynolds é uma grandeza adimensional.
Dados da Glicerina:
Massa Específica (ρ) – 1260 kg/m³
Viscosidade (µ) – 1,49 mN.s/m²
Dados coletados no Experimento:
Volume da Seringa (V): 20 µm³
Diâmetro da Tubulação (D): 6x10-2 m
Área da seção Transversal do tubo (A): πr2 = 3,14 x (3x10-2) 2 = 2,83mm2
Tempo de escoamento (t): 28 s
1º Passo – Determinar a Vazão Volumétrica (Qv)
2º Passo – Determinar a velocidade de escoamento (v)
3º Passo – Determinar o Número de Reynolds (Re)
Os regimes de escoamento são classificados a partir dos intervalos citados abaixo:
Re < 2000 – Regime Laminar
2000 < Re < 2400 – Regime de Transição
Re > 2400 – Regime Turbulento
O resultado obtido por intermédio dos cálculos apontou que o número de Reynolds equivale a 12,84. Dessa forma conclui-se, ratificando a primeira etapa desse experimento, que o regime de escoamento da glicerina é laminar.
Conclusão
Desse modo foi verificada a importância fundamental do número de Reynolds no estudo da forma como os variados fluidos escoam, sendo este a possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento acontece de forma laminar ou turbulenta. O ensaio revelou que a perda de carga é proporcional a vazão volumétrica é proporcional vazão volumétrica. Logo, conclui-se que diversos fenômenos físicos ocorrem no escoamento real, e o principal deles é a perda de carga através do duto em que o fluido escoa. Por isso mesmo não conseguindo os valores de número de Reynolds dentro da linha tabelada, por conta dos erros de equipamento e experimentais, ainda nota-se uma realidade no seu crescente número, de acordo com os regimes, laminar, de transição e turbulento.
 
Bibliografia
https://www.infoescola.com/mecanica-de-fluidos/tipos-de-fluxos-e-escoamentos/
http://www.engbrasil.eng.br/pp/mf/aula10.pdf
http://meusite.mackenzie.com.br/eangelo/Exp_Reynolds.pdf