Relatorio de Reynolds - pratica

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UNIGRANRIO
ENGENHARIA QUÍMICA
AMANDA QUINTELLA – 5901032
LARISSA SILVEIRA – 5900459
JULIA GRACIELLE - 5900899
SÉRGIO RODRIGUES - 5900225
REYNOLDS
Duque de Caxias
03 de setembro de 2020
REYNOLDS
Relatório apresentado à disciplina de Laboratório de Engenharia Química I como requisito de avaliação do curso de Engenharia em Química.
Prof. Marlon Demauir Cozine Silva
Duque de Caxias
03 de setembro de 2020
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. OBJETIVO
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
4. MATERIAIS E REAGENTES
5. METODOLOGIA
6. CONCLUSÃO
7. BIBLIOGRAFIA
1 . INTRODUÇÃO
O escoamento de um fluido pode ocorrer através de duas formas que dependem da trajetória de suas partículas. Em 1883, o engenheiro irlandês Osborne Reynolds (1842 – 1912) conseguiu demonstrar as condições em que os dois regimes de escoamento ocorriam através de um experimento. Ao injetar um filete de corante em uma tubulação, se pôde observar o escoamento laminar, que em baixas velocidades fazem com que o corante não se misture com a água, já no regime turbulento, o corante se mistura com a água pela alta velocidade.
Com esse experimento, como o diâmetro do tubo (D) e a vazão da água são conhecidos, se pode calcular a velocidade média (v) da água em seu interior. Como também é conhecida a viscosidade dinâmica (µ) em dada temperatura, bem como sua massa específica (ρ), consegue-se calcular o número de Reynolds através da equação:
Fórmula 1: Equação para o cálculo do número de Reynolds
Este número adimensional que recebe o nome de seu descobridor, tem muita importância no estudo da mecânica dos fluidos em geral, não somente da água. Também pode ser aplicado no fluxo de ar sobre asas de um avião, por exemplo.
As três formas de regime são: laminar, transiente e turbulenta.
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, denominam os 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 fluid os é de grande importância para a engenharia. Escoam ento 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.
2. OBJETIVO
Objetivo geral: O experimento teve como objetivo calcular o número de Reynolds nas tubulações, determinar o regime de escoamento e comparar os valores obtidos com o comportamento do filamento de corante observado na tubulação.
Objetivos específicos mais relevantes:
-Descrever o que ocorre com o escoamento de um líquido quando se aumenta sua vazão ou quando encontra acidentes diversos no tubo;
-Causar o escoamento turbulento com o acréscimo da vazão;
-Identificar as perdas de cargas associadas ao Número de Reynolds e aos acidentes;
	
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O experimento de Reynolds foi apresentado por Osborne Reynolds em 1883, provando que só existe Reynolds para escoamento turbulento. Neste experimento é construído um dispositivo com um tubo transparente horizontal, pelo qual água flui a partir de um reservatório onde se está inicialmente em repouso. Por meio de um filete de substância corante é injetada na corrente de água no tubo, o que propicia visualizar o escoamento através do comportamento do filete colorido. Quando o filete escoa em linha reta pelo tubo, sem ocorrer sua mistura com a água, o escoamento é chamado laminar. No caso de mistura rápida com a água, resultando na diluição do filete, o escoamento demonstra atingir o regime turbulento. Para obter-se a diminuição da agitação da água no reservatório é indispensável que esta permaneça em repouso por um tempo geralmente maior que uma hora, com o que se evita a formação de escoamentos secundários na tubulação transparente, que causam deformações no filete de corante que passa a assumir formas irrelevantes à demonstração, como rotações e translações ao longo do eixo do tubo.
{\displaystyle Re={\frac {\rho vD}{\mu }}} O número de Reynolds é usado para avaliar a estabilidade de um fluxo, indicando se o fluído flui de forma laminar ou turbulenta. (COELHO, 2013).
Escoamento Laminar: Ocorre quando as partículas de um fluido se movem ao longo de trajetórias bem definidas, apresentando lâminas ou camadas cada uma delas preservando sua característica no meio. (RODRIGUES, 2013).
Escoamento Transiente: Ocorre quando o escoamento está instável, podendo mudar de um regime para o outro. (VILLAS, 2017).
Escoamento Turbulento: Ocorre quando as partículas de um fluido não se movem ao longo de trajetórias bem definidas, ou seja, as partículas descrevem trajetórias irregulares, com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa líquida. (RODRIGUES, 2013).
Figura 1: Escoamento laminar e Escoamento Turbulento
Fonte: http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasalan/AT087-Aula04.pdf
Com isso, através do número de Reynolds é possível observar em condições normais encontradas na engenharia e para tubos as seguintes condições:
Re ≤ 2.100 → Escoamento laminar
2.100 < Re <3.500 → Escoamento de transição ou intermediário
Re ≥ 3.500 → Escoamento turbulento
Para escoamentos dentro de tubulações de paredes ásperas, encontramos Re = 2000. Esse é o Reynolds crítico mínimo e é usado na maioria das aplicações de engenharia. (VILLAS, 2017)
Além disso, depois da conclusão de seu trabalho de pesquisa, Reynolds denominou seu número absoluto como sendo o “NÚMERO DE REYNOLDS”, o qual constitue hoje a base do comportamento de sistemas reais do escoamento, sendo o mesmo empregado nos estudos dos fluidos em geral e, também em modelos reduzidos como na dinâmica de asas de avião, automóveis, edificações, etc.
 A mudança de regime no escoamento ocorre a uma velocidade chamada crítica, diretamente proporcional a viscosidade e inversamente proporcional ao diâmetro do tubo, ou seja;
 Vcr = Kcr . ʋ/D
 O coeficiente adimensional de proporcionalidade Kcr, tem um significado universal. Isto significa que a mudança de regime de escoamento ocorre sempre quando a relação entre a velocidade, o diâmetro e a viscosidade mudam de valor. 
Portanto;
 Kcr = Vcr . D/ ʋ , onde;
 Kcr = número crítico de Reynolds
 Vcr = Velocidade crítica, m/s
 D = Diâmetro do tubo, m
 ʋ = Viscosidade cinemática, m²/s
 Experimentalmente, Reynolds mostrou que o número crítico 
De Reynolds é igual a 2300, sendo a relação;
 Re = V . D/ ʋ - O. Reynolds
Todavia, se Re for maior que Recr, a corrente ou o regime de escoamento é turbulento. Sendo Re menor que Recr, a corrente é sempre laminar. A partir do número de Reynolds 2300 até ao número 3000, notou-se certa tendência ou variação do regime, significando desagregação ou cisalhamento entre as moléculas do fluido. A partir do momento que se injeta mais energia de velocidade ao fluido, mais moléculas se rompem de sua adesão molecular até que todas elas entram em seu movimento rotacional desordenado, caracterizando assim, o escoamento turbulento propriamente dito. O valor do número de Reynolds para essa nova situação de fluxo seria Re ≥ 3000. Na prática atual de trabalho com o fluido água a 22 graus, dizemos que Re, a partir de 0 até 3000, o regime é LAMINAR. De 3000 até 4000 o regime é transitório, ou seja, ainda existirá moléculas fluindo aderente entre si, não cisalhadas em sua totalidade pela energia de velocidade do sistema. A partir de 4000 até o valor infinito, o regime passa a ser turbulento. 
Na fórmula de Reynolds:
Re = V . D/ʋ se fixarmosa velocidade crítica para um Re também crítico de 3000, aumentando-se o diâmetro do tubo para um valor maior, o número de Reynolds aumentará, todavia, a velocidade que é a energia do sistema permanecerá a mesma, porém, o numero de Reynolds aumentará nos mostrando que o regime mudou para turbulento. Em princípio, para um regime ainda laminar com Re = 3000. 
	
Re = 3000 = 0,03 m/s . 0,1 m/1,00 . 10-6 m²/s
Aumentando o diâmetro do tubo para 500 milímetros, o novo número de Reynolds seria; Re = 0,03m/s . 0,5m/1,00 . 10-6 m²/s = 15000
É possível notar que, a velocidade que é a energia dinâmica do sistema manteve a mesma, mas, o número de Reynolds aumentou para 15000 que é um identificador de um regime turbulento. Como explicar tal fenômeno, ou discrepância. Por outro lado, estudando o assunto, foi analisada a edição de uma nova fórmula para o cálculo do número de Reynolds que também traz em sua essência a mesma significância da fórmula do Reynolds.
4. MATERIAIS E REAGENTES
Nesta prática foram utilizados os seguintes materiais e reagentes de acordo com a Tabela 1.
Tabela 1: Materiais e reagentes 
	Materiais
	Reagentes
	Béquer
	Água
	Cronômetro
	Corante Azul
	Proveta
	 
	Termômetro
	 
	Paquímetro
Reservatório para fluído escoado
	 
5. METODOLOGIA
	Para a realização da prática experimental foi usado um instrumento contendo dois tubos translúcidos, possuindo diferentes diâmetros, a água escoa, partindo então de um reservatório onde se manterá em repouso. Um fio de tinta é introduzido na corrente de água, cuja vazão modifica de acordo com o monitoramento de uma válvula. Sendo assim, é possível visualizar o escoamento mediante sua reação de comportamento.
Para averiguar a temperatura da água foi utilizado um termômetro. Logo então, realizou-se as medições dos diâmetros internos das tubulações com o auxílio de um paquímetro.
Com isso, abriu-se a válvula de escoamento da água tendo como partida uma pequena abertura. Abriu-se também a válvula responsável pela liberação do corante para o tubo capilar dentro do tanque. Ajustou-se a vazão de ambas as válvulas até que pudesse observar um escoamento laminar, sendo assim, o filete de corante manteve-se linear sem qualquer alteração, ou seja, sem oscilações. 
Após observarmos o escoamento laminar, para medir a vazão do escoamento de saída, foi utilizado um béquer e o cronômetro obtendo-se dados através de tempo e volume. A água de escoamento era descartada no aparelho e armazenada. Foram realizadas 3 coletas a fim de minimizar possíveis erros experimentais.
Para fins de conhecimento foi realizada abertura parcial da válvula, para cada tipo de escoamento: Laminar, transição e turbulento; sendo a intensidade da válvula aumentada gradativamente de acordo com cada tipo de regime.
6. CONCLUSÃO
Nesta prática pode-se observar como era o equipamento que Reynolds pensou e como ele visualizou o comportamento dos diferentes tipos de escoamentos.
Foi possível analisar que no escoamento turbulento o corante escoa muito rapidamente, de forma que não é mais possível observar sua passagem pela tubulação. 
No entanto, no escoamento laminar percebe-se que a corrente passa pelos tubos em forma de lâmina com baixa vazão e com temperatura ambiente. Já no escoamento transitório ou transiente o corante começa a ter oscilações devido ao aumento da vazão.
Em suma, 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.
7. BIBLIOGRAFIA
PORTO, R. M.Hidráulica Básica, 4ª ed. São Carlos: EESC -USP, 2006. 
 
COELHO, Pedro. Número de Reynolds (Re). Disponível em: https://www.engquimicasantossp.com.br/2013/10/numero-de-reynolds.html. Acessado em: 02 de setembro de 2020
VILLAS, José Eduardo Telles. Número de Reynolds. Disponível em: http://www.uerjvillas.net.br/wp-content/uploads/2017/06/N%C3%BAmero-de-Reynolds.pdf. Acessado em 03 de setembro de 2020
RODRIGUES, Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Aula 10 –Escoamento Laminar e Turbulento. Disponível em: http://www.engbrasil.eng.br/pp/mf/aula10.pdf. Acessado em : 02 de setembro de 2020.
http://lamon.com.br/ckfinder/userfiles/files/Numero_Reynolds.pdf. Acessado em 03 de setembro de 2020.