Reynolds (2)

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UNIVERSIDADE DO GRANDE RIO – “Prof. José de Souza Herdy”
UNIGRANRIO – ESCOLA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
ENGENHARIA QUÍMICA
Bárbara V. Nunes de Oliveira - 5900735
Caroline Pereira de Oliveira - 5900974
Lucas Cardoso Silva - 5900755
Maicon Corrêa Pires - 5900721
Vivian Dias de Araújo de Mattos - 5900730
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA EM LABORATÓRIO
PRÁTICA 07: REYNOLDS
 
 
 
 
 
Duque de Caxias – RJ
2019
Bárbara V. Nunes de Oliveira – 5900735
Caroline Pereira de Oliveira – 5900974
Lucas Cardoso Silva – 5900755
Maicon Corrêa Pires – 5900721
Vivian Dias de Araújo de Mattos - 5900730
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA EM LABORATÓRIO
PRÁTICA 7: REYNOLDS
Relatório de aula prática de Laboratório de Engenharia Química I da Universidade do Grande Rio – “Prof. José de Souza Herdy” como parte do processo avaliativo da matéria.
 
Orientador: Prof. Me. Marlon Demauir Cozine Silva.
 Duque de Caxias - RJ
2019
Sumário
Introdução........................................................................................3
Equipamentos..................................................................................5
Objetivo...........................................................................................6
Materiais..........................................................................................7
Procedimentos Experimentais........................................................7
Resultados......................................................................................7
Discussões.....................................................................................12
Conclusão......................................................................................12
Referências Bibliográficas.............................................................12
INTRODUÇÃO
Sempre que se submete um fluido à ação de esforços tangenciais, por menores que sejam suas intensidades, as partículas fluidas movimentam-se umas em relação às outras. À mudança da forma do fluido sob a ação destes esforços tangenciais, denominamos escoamento. Na classificação hidráulica os escoamentos podem ser caracterizados de diversas formas em função de suas características, tais como: laminar, turbulento, unidimensional, bidimensional, rotacional, não rotacional, permanente, transiente, uniforme, variado, livre, forçado, fluvial, torrencial, etc (PORTO, 2006).
O estudo do escoamento de fluidos é de grande importância para a engenharia. Escoamento é o processo de movimentação das moléculas de um fluido. Os escoamentos podem ser descritos de acordo com parâmetros físicos e/ou pelo comportamento dos parâmetros ao longo do espaço e do tempo.
Em 1883, Reynolds realizou um experimento para avaliar o escoamento de fluidos. Para observar com clareza, utilizou uma tubulação transparente por onde escoava um fluido transparente e que pudesse ser acompanhado de um filete de corante no centro do escoamento. Foram testadas diferentes vazões a fim de observar o comportamento do fluido de acordo com a vazão empregada.
Figura 1 - Regimes de escoamentos observados por Reynolds
Reynolds verificou que em baixas vazões o filete de corante apresentava-se em escoamento laminar, enquanto que em vazões maiores, o escoamento tornava-se turbulento e o filete de corante não mais apresentava a configuração linear (Figura 1). A partir de então, o regime de escoamento, laminar ou turbulento, passou a ser determinado por um parâmetro adimensional, chamado de número de Reynolds. O número de Reynolds, Re, é basicamente, uma razão entre forças inerciais e forças viscosas que caracterizam o movimento e que pode ser determinado pela Equação 1: 
Equação 1 - Equação do Número de Reynolds
V - velocidade do escoamento [m . s-1]
D - diâmetro interno da tubulação [m]
μ - viscosidade dinâmica do fluído [Pa . s]
ρ - massa específica do fluído [Kg . m3]
Ao avaliar o tipo de escoamento por meio do número de Reynolds, predetermina-se que para valores menores que 2000, o escoamento é considerado laminar, entre 2000 e 2300, o escoamento é considerado em transição e acima de 2300 o escoamento é caracterizado como turbulento. A turbulência ocorre quando forças viscosas no fluido não são capazes de conter flutuações aleatórias no movimento do fluido e o escoamento torna-se caótico. Se o número de Reynolds for “grande” os efeitos viscosos serão desprezíveis, e ao contrário, se o número de Reynolds for “pequeno” os efeitos viscosos serão dominantes (FOX e MCDONALD, 2006). 
O efeito da viscosidade do fluido é intimamente ligado à variação do número de Reynolds. Como pode se observado na equação 1, o aumento da viscosidade de um fluido leva à diminuição do número de Reynolds, uma vez que esta é capaz de conter o efeito das forças aleatórias e manter o fluido em regime permanente em uma vazão razoável. Infere-se ainda o efeito da temperatura sob o escoamento de fluidos: quanto maior a temperatura, menor a viscosidade do fluido e consequentemente, maior o número de Reynolds e maior a tendência de ocorrer um escoamento turbulento.
As principais características dos escoamentos são: 
Escoamento Laminar: é definido como aquele no qual o fluido se move se ao longo de trajetórias bem definidas, em lâminas ou camadas, que se descolam com a mesma velocidade, ou deslizam entre si de forma relativamente ordenada. Ou seja, uma camada escorrega sobre a adjacente havendo somente troca de quantidade de movimento molecular e qualquer tendência para instabilidade e turbulência é amortecida por forças viscosas de cisalhamento que dificultam o movimento relativo entre as camadas adjacentes do fluido. 
Escoamento Turbulento: as partículas do líquido movem-se em trajetórias irregulares, com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões da massa líquida. Ou seja, as partículas apresentam movimento caótico macroscópico, isto é, a velocidade apresenta componentes transversais ao movimento geral do conjunto ao fluido. (PORTO, 2006).
EQUIPAMENTOS
Figura 2 – Equipamento para Estudo do Número de Reynolds
Fonte : Elaborado pelo Autor
O equipamento (Figura 2) é constituído por uma bancada horizontal, com estrutura e tampo em aço, e rodízios para facilitar sua mobilidade. Esta estrutura dá suporte ao reservatório vertical de nível constante, ao tubo transparente para observação do escoamento, ao sistema de injeção de corante traçador na linha de fluxo, ao sistema de medição de vazão com dispositivo de manobra rápida e reservatórios graduados, ao conjunto de piezômetro/manômetro inclinado com sistema de variação de ângulo, ao reservatório inferior de coleta da água com corante durante o ensaio.
O reservatório vertical é responsável pelo suprimento do fluido necessário à realização das atividades é construído em material transparente, com laminador de fluxo, escala graduada para observação da altura da coluna de fluido na face frontal, conexão para entrada de fluido de reabastecimento com boia, ponto de conexão por flange do tubo de observação que constitui o caminho do fluido. Na face inferior possui conexões rápidas, que permitem a esvaziamento do reservatório após as atividades.
O tubo de observação que constitui o caminho do fluido é transparente, sendo conectado ao reservatório vertical por meio de um flange. Possui ao longo de sua extensão pontos para tomadas de pressão e injeção de corante para observação do escoamento. Uma válvula agulha é destinada a regulagem do escoamento, a ser estabelecido durante a atividade. Na extremidade da tubulação há uma válvula do tipo esfera para abertura e fechamento do fluxo, de maneira a não interferir na regulagem ajustada.
O Sistema de injeção de corante traçador na linha de fluxo, para visualização do regime de escoamento no estudo do número de Reynolds, é constituído por um reservatório em material transparente, tubos, válvula tipo agulha unidirecional para o controle do fluxo de corante e injetor. O sistemapermite, diferentes posicionamentos de injeção do corante no interior do perfil da tubulação, por possuir um sistema deslizante na haste do injetor.
O sistema de medição de vazão é do tipo volumétrico, composto por dois reservatórios integrados destinados a coleta do fluido e um dispositivo de manobra rápida para direcionamento do fluxo ao reservatório. Os reservatórios possuem escalas graduadas frontais, para rápida visualização do volume coletado, sendo utilizados em baixa, média e alta vazões de fluido. O conjunto de piezômetro/manômetro do equipamento, é constituído por quatro tubos sendo um, com possibilidade de utilização em diferentes inclinações (30°, 45° e 60°), durante os estudos relacionados a resistência ao escoamento, perda de carga, linha de energia, piezométrica e aplicação da equação de Bernoulli. O reservatório inferior, permite coletar o fluido do sistema de medição e com corante durantes o ensaio, para posterior tratamento ou direcionamento do mesmo ao sistema de drenagem.
OBJETIVO
Determinar o número de Reynolds nas tubulações e comparar os valores obtidos ao comportamento do filamento corante observado na tubulação.
MATERIAIS
Béquer
Paquímetro
Fita Métrica
Termômetro
Cronômetro
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
A prática foi realizada seguindo a metodologia (roteiro) disponibilizada pelo Professor da matéria.
Primeiramente foi realizada a medição da temperatura da água para que fosse possível obter a densidade e a viscosidade da água no Handbook, através da correlação entre densidade e temperatura. Em seguida, mediu-se o diâmetro interno das duas tubulações com o auxílio do paquímetro.
Iniciou-se o experimento abrindo levemente a válvula na saída da tubulação 1 e em seguida abrindo a injeção do corante a fim de criar um filamento no escoamento. O béquer foi posicionado na saída da tubulação para a realização da medida da vazão, iniciou-se a contagem do tempo no cronômetro e simultaneamente posicionou-se a saída da água com o corante para o béquer, ao atingir um volume de acordo com o tempo marcado pelo cronômetro, sendo feita a leitura. Esse procedimento foi realizado para vazões onde se observou-se o escoamento laminar e turbulento respectivamente, realizando a abertura da váluva de saída da tubulação.
Repetiu-se o procedimento acima para a tubulação 2.
RESULTADOS
De acordo com a fórmula de Número de Reynolds:
D = diâmetro interno dos tubos utilizados no experimento
u = velocidade
 = massa específica de acordo com a temperatura do dia tabelada no Handbook de Engenharia Química
 = viscosidade
Usar o Sistema Internacional para os cálculos.
O fluido utilizado foi água (H2O), que tem sua massa específica tabelada no Handbook de Engenharia Química de acordo com temperatura lida no laboratório:
= 997,538 Kg/ m3
Cálculo de viscosidade da água:
= 1,0019 x 10A
1º) Descobrir o valor de A. temperatura do ambiente (24 ºC).
	A= [1,3272 (20-T) – 0,001053 (T-20)2]
 (T+105)
A= [1,3272 (20-24) – 0,001053 (24-20)2] = -0,0428 = -0,043
 (24+105)
2º) Substituir o valor de A encontrado na fórmula de viscosidade em centipoise:
= 1,0019 x 10A = 1,0019 x 10(-0,0428) = 0,9078 = 0,908 cP 
 1 Centipoise [cP] = 0,001 kg/(m·s) = 9,08 x 10-4 kg/(m·s)
3º) Calcular a velocidade para cada tubo utilizado.
(Diâmetro menor - D1= 1,60 cm = 0,0160 m)
1ºcaso (Figura 3)
t=32,4s
V = 210 mL
 = = 6,4814 x 10-6 m3/s
= 3,14 (0,0160/2)2 =2,0096 x 10-4 m2
 = 0,032252 = 0,0322m/s
Cálculo do Número de Reynolds:
 = (0,0160m x 0,032252m/s x 997,538kg/m3)/ (9,08 x 10-4) = 566,91 (Escoamento laminar)
Figura 3 – 1º Caso do Estudo do Número de Reynolds
Fonte : Elaborado pelo Autor
2ºCaso(Figura 4)
t=15,53s
V= 410 mL
 = = 2,64 x 10-5 m3/s
= 3,14 (0,0160/2)2 = 2,0096 x 10-4 m2
 = 0,131369 = 0,131m/s
Cálculo do Número de Reynolds:
 = (0,0160m x 0,131369m/s x 997,538kg/m3)/ (9,08 x 10-4) = 2309,17 (Escoamento turbulento)
 Figura 4 – 2º Caso do Estudo do Número de Reynolds
	Fonte : Elaborado pelo Autor
(Diâmetro maior – D2= 2,43 cm = 0,0243 m)
3ºCaso (Figura 5)
t=30,37s
v=415mL
 = = 1,366 x 10-5 m3/s
= 3,14 (0,0243/2)2 = 4,6353 x 10-4 m2
 = 0,029469 = 0,0295m/s
Cálculo do Número de Reynolds:
 = (0,0243m x 0,029469m/s x 997,538kg/m3)/ (9,08 x 10-4) = 786,71 (Escoamento laminar)
Figura 5 – 3º Caso do Estudo do Número de Reynolds
Fonte : Elaborado pelo Autor
4º Caso(Figura 6)
t=14,12s
v=425mL
 = = 3,00991 x 10-5 m3/s
= 3,14 (0,0243/2)2 = 4,6353 x 10-4 m2
 = 0,06493 = 0,06493m/s
Cálculo do Número de Reynolds:
 = (0,0243m x 0,06493m/s x 997,538kg/m3)/ (9,08 x 10-4) = 1733,38 (Escoamento laminar)
Figura 6 – 4º Caso do Estudo do Número de Reynolds
Fonte : Elaborado pelo Autor
DISCUSSÕES
A prática foi realizada para visualizar o escoamento laminar e turbulento em 2 diâmetros diferentes e por fim calcular o número de reynolds. Segundo a teoria, sabe-se que o escoamento laminar obtém número de Reynolds menor que 2100. (Re < 2100). Obtivemos no caso 1, 3 e 4 escoamentos laminar e no caso 2, escoamento turbulento. Observando a imagem poderíamos supor um escoamento turbulento no caso 4 (Re =1733,38), porém no decorrer da trajetória o fluido ficou mais definido, fazendo com que obtivesse um resultado de regime laminar. 
CONCLUSÃO	
Ao término da prática, foi possível concluir que se trata de uma atividade que permite perceber a importância do número de Reynolds para escoamentos em tubulações, avaliando a estabilidade do fluxo, indicando se o escoamento flui de maneira turbulenta ou laminar. 
Com isso, dimensionamentos industriais podem ser realizados, com a possibilidade de optar por materiais mais adequados a cada tipo de processo. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PORTO, R. M. Hidráulica Básica, 4ª ed. São Carlos: EESC-USP, 2006.
FOX, ROBERT W.; MCDONALD, ALAN T. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 6ª. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2006.
F. M. C. SILVA; M. F. APOLINÁRIO; A. M. O. SIQUEIRA; A.L.M. CANDIAN, L. A. F. MOREIRA, M.R. SARTI. The Journal of Engineering and Exact Sciences - JCEC, Vol. 03 N. 03 (2017) 346-357.