Relatório 1 - LEQ

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LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
RELATÓRIO N° 1 : Experiência de Reynolds Associado aos diferentes padrões de escoamento em tubulações 
Prof. Dr. Hugo Vilca Meléndez
Data da experiência: 11/03/2021
Data da entrega do relatório:
Turma: A		Grupo: 06
	PREPARADO POR:
	RA:
	Revisado e Aprovado
(Assinatura)
	Giovanna Costa Kolling
	03881-1
	 
	João Pedro Zacarias Santos
	03562-9
	 
	Marina Andrade de Oliveira
	 03725-2
	 
	Matheus de Oliveira Rocha
	03627-9
	 
 
 
São Bernardo do Campo 
2021
				
FACULDADE DE SÃO BERNARDO DO CAMPO
SUMÁRIO
1	OBJETIVO	3
2	INTRODUÇÃO TEÓRICA	4
3	PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	5
3.1 	MATERIAIS UTILIZADOS	5
3.2	PROCEDIMENTO	5
4	DADOS	7
4.1	DADOS COLETADOS EM LABORATÓRIO	7
4.2	DADOS COLETADOS DA LITERATURA CIENTÍFICA	8
5	TRATAMENTO DE DADOS	8
6	RESULTADOS E DISCUSSÕES	11
7	CONCLUSÃO	14
BIBLIOGRAFIA	15
1	OBJETIVO
Visualizar e analisar os tipos de escoamentos e utilizar o número de Reynolds para verificar se as classificações (laminar, transitório e turbulento) estão de acordo com os cálculos realizados através dos dados experimentais coletados. Conhecer o funcionamento de um painel hidráulico e aplicar o conceito teórico de Reynolds encontrando o fator de atrito, através dos dados experimentais.
2 INTRODUÇÃO TEÓRICA
No procedimento a ser estudado, será demonstrado o comportamento dos fluidos em determinados testes, para que possamos assim compreender o quão importante e presente ele é na indústria e no cotidiano.
Segundo o professor emérito de Engenharia Mecânica e Oceanográfica na Universidade de Rhode Island (URI) Frank M. White, o conceito de mecânica dos fluidos se dá a toda a matéria que se encontra em somente dois estados, fluido e sólido. A distinção técnica entre os dois estados está na reação de cada um deles à aplicação de uma tensão de cisalhamento, que é um tipo de tensão gerado por forças aplicadas em sentidos iguais ou opostos, em direções semelhantes, mas com intensidades diferentes no material analisado, ou em tangencial. (WHITE, 2002 ).
Um sólido pode resistir a uma tensão de cisalhamento por uma deflexão estática, que é a deformação da mola na posição de equilíbrio, ou seja, a deformação necessária para equilibrar a força. Já enquanto um fluido não pode pois é uma substância que se deforma continuamente quando submetida a mesma não importando a quão pequena possa ser essa tensão. (WHITE, 2002).
Como consequência, podemos dizer que um fluido em repouso deve estar em um estado de tensão de cisalhamento igual a zero, um estado geralmente chamado de condição de estado hidrostático de tensão. Nessa condição, o círculo de Mohr, uma forma gráfica de representar a lei de transformação do tensor tensão de Cauchy, para a tensão se reduz a um ponto e não há nenhuma tensão de cisalhamento em qualquer corte plano passando pelo elemento sob tensão. (WHITE, 2002).
Para a compreensão de todo o tema, se faz necessário o compreender a equação de Reynolds, dada por : ; onde o conjunto de grandezas relacionada é densidade (), velocidade (), diâmetro da tubulação () e viscosidade (); que explica a proporção de forças de inércia para as forças viscosas e é um parâmetro conveniente para prever se uma condição de escoamento vai ser laminar com , transitório com ou turbulento com . (BRUNETTI, 2005).
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3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.1 	MATERIAIS UTILIZADOS
· Painel hidráulico
· Termômetro 
· Pergamanato de Potássio (corante)
· Proveta de 1 Litro
· Cronômetro 
· Água
3.2 PROCEDIMENTO
Para a realização do experimento, deve-se ligar a bomba para que o fluido seja escoado para o tubo vertical. 
A água percorre o tubo vertical até o momento em que é deslocada para o tubo horizontal. E, por fim, descarrega-se no tanque de recalque, situado no lado esquerdo do equipamento.
O tanque de recalque possui um visor de nível (indicador de vidro) na direção vertical, para que seja feito o acompanhamento do nível do fluido. Quando a válvula é fechada, o nível do fluido aumenta gradativamente e isso é possível visualizar através do indicador de vidro, esse processo significa que o tanque de recalque está sendo preenchido.
Ao chegar no ponto máximo do visor de nível, a bomba deverá ser desligada. É necessária checar se a válvula de saída do tanque de recalque está fechada.
Nota-se que há um segundo tubo de vidro acoplado no tanque de recalque, no entanto, o mesmo encontra-se na posição horizontal, por onde a análise visual dos padrões de escoamento (laminar, turbulento e transição) é realizada.
No centro da tubulação de vidro há um marcador, cujo segue um padrão de escoamento quando a válvula é aberta. Através desse processo, é possível visualizar como as moléculas se comportam ao serem escoadas. Utilizou-se um fluido traçador para poder visualizar melhor o tipo de escoamento.
Para realizar a medição das vazões, é preciso checar a temperatura. É o fator primordial para que os valores das propriedades físico-químicas do transporte do fluido sejam calculadas.
Há três tipos de padrões de escoamento, sendo: laminar, transição e turbulento. As medições da vazão devem ser feitas três vezes para cada padrão de escoamento, com volumes e tempos próximos, mas diferentes. Ao obter todos os dados, calcula-se a média de cada sistema.
Para a medição da vazão, utilizou-se uma proveta de 1 litro e um crônometro.
Com os volumes e os tempos obtidos, calcula-se a vazão.
É necessário obter o diâmetro interno do tubo de vidro. Com todas informações obtidas durante todo processo, é possível calcular o número de Reynolds.
Figura 1 – Sistema experimental de Reynolds
Fonte: próprio autor, 2021
4 DADOS 
4.1 DADOS COLETADOS EM LABORATÓRIO
Durante o experimento em laboratório foram coletados os dados de volume e tempo três vezes para cada regime a temperatuda de 22°C e a tubulação de vidro tem um diâmetro interno de 1 polegada, conforme as tabelas: 
Tabela 1 – Valores obtidos no experimento de Reynolds
	Teste 1
	Ensaios
	Tempo (s)
	Volume (mL)
	1
	71,87
	480
	2
	61,60
	390
	3
	33,37
	205
	Teste 2
	Ensaios
	Tempo (s)
	Volume (mL)
	1
	16,50
	530
	2
	16,31
	520
	3
	16,59
	540
	Teste 3
	Ensaios
	Tempo (s)
	Volume (mL)
	1
	5,41
	530
	2
	4,84
	440
	3
	5,00
	470
Fonte: Elaboração do próprio autor
4.2 DADOS COLETADOS DA LITERATURA CIENTÍFICA
Tabela 2 – Viscosidade e densidade da água a 1 atm.
 
Fonte: Mecânica dos Fluidos, WHITE, Frank M. – 6a Edição, p. 828
5 	TRATAMENTO DE DADOS 
Para a determinação do número de Reynolds (Re) em cada escoamento inicial, é necessário ter todos os dados com a unidade de medina no Sistema Internacional (SI).
 Figura 2 – Cálculo da vazão volumétrica (Q)
Fonte: Próprio autor
Segundo a tabela do WHITE de Mecânicas dos Fluidos (Tabela 2) é possível descobrir a viscosidade dinâmica da água, a temperatura de 22°C, e também a densidade a mesma temperatura, ambos através do método de interpolação.
Tabela 2 – Viscosidade e densidade da água a 1 atm.
Fonte: Mecânica dos Fluidos, WHITE, M. Frank – 6a Edição, p. 828
Com a densidade calculada, aplica-se a fórmula de Reynolds para classificar os escoamentos visualizados.
Calculando a área interna do tubo, Figura 3, consegue-se calcular a velocidade, Figura 4, utilizando a vazão dinâmica (Q) calculada na Figura 2.
Figura 3 – Cálculo da Área interna do tubo (A)
Fonte: Próprio autor
Figura 4 – Cálculo da velocidade (v)
Fonte: Próprio autor
	Utilizando-se a fórmula de Reynolds, os valores de massa específica e viscosidade, obtidos por interpolação anteriormente, e a velocidade e diâmetro representadas nas figuras 4 e 3, respectivamente, obtém-se:
Figura 5 – Cálculo do número de Reynolds (Re)
Fonte: Próprio autor
Para determinar os demais ensaios visualizados no experimento, foi utilizado a mesma metodologia
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Tabela 3 – Valores a partir dos cálculos efetuados para determinação do tipo de escoamento.
Fonte: Próprio autor
A importância fundamental do número de Reynolds é a possibilidade deavaliar o tipo de escoamento e assim obter uma indicação de como é o escoamento do fluido.
Análisando a tabela 3, percebe-se que os escoamentos que foram caracterizados como Laminar tinham como valores Re < 2000 e Turbulento para valores Re > 2400. Além disso, para que um escoamento seja definido como Transitório o número de Reynolds deve estar entre 2000 < Re < 2400, o que não ocorreu no experimento. Porém, o fato do teste 2 ter valores altos, chegando próximo, porém abaixo, dos 2000, a visualização do escoamento caracterizou-se com “poucas ondas” (característica comum em regime de Transição), Figura 6, mesmo com o resultado algébrico caracterizando-o como Laminar. Já as demais seguiram com o esperado, Laminar e Turbulento, Figuras 7 e 8, respectivamente.
Figura 6 – Regime de escoamento com características de Transição
Fonte: Próprio autor
Figura 7 – Regime de escoamento com características Laminar 
Fonte: Próprio autor
Figura 8 – Regime de escoamento com características Turbulento 
Fonte: Próprio autor
As médias dos números de Reynolds graficamente se representam de acordo com o Gráfico 1, em porcentagem.
 Gráfico 1 – Gráfico comparando as médias dos Reynolds em porcentagem.
Fonte: Próprio autor
	Com isso comclui-se que o teste 3 (Turbulento) é 66,17% maior que o teste 1 (Laminar). O teste 2 (Laminar) é 19,42% maior que o teste 1 (Laminar) e o teste 3 (Turbulento) é 46,75% que o teste 2 (Laminar). Portanto, quanto maior o Reynolds, mais características de um regime de escoamento Turbulento ele terá.
7 CONCLUSÃO
Comparando as classificações de regime realizadas em laboratório (método visual) e através dos cálculos do número de Reynolds, é possível observar que há uma dificuldade de diferenciação do regime Laminar pro Transitório quando os valores de Reynolds estão próximos aos 2000, pois visualmente parecia estar no regime Transitório, mas algebricamente estava, ainda, no regime Laminar. Portanto, verifica-se a importância do número de Reynolds para a diferenciação e classificação dos regimes de escoamento.
No primeiro teste, os resultados variam de 319,27 e 347,11, logo concluímos ser um escoamento de regime Laminar por estar abaixo de 2000, e corresponde com o que foi visto no experimento. No segundo teste, o número de Reynolds apesar de elevado, varia entre 1656,98 e 1691,67, eles continuam abaixo de 2000, portando é caracterizado algebricamente como escoamento laminar. Porém pelo valor elevado, e próximo de 2000, o desenho do escoamento visualizado foram de “poucas ondas”, o que dificulta a visualização do resultado apenas na experiência, comprovando a necessidade do numero de Reynolds na classificação dos regimes. Já no terceiro teste, os resultados bem elevados, variando de 4724,71 e 5091,50 mostram um escoamento turbulento por estar acima de 2400, o que foi claramente observado na pratica, quando as partículas constituintes do fluido apresentam trajetórias indefinidas se misturando.
BIBLIOGRAFIA
BRUNETTI, Franco. Mecânica dos Fluidos. 2. ed. Revisada. São Paulo: Pearson Education do Brasil Ltda, 2005.
WHITE, Frank M. Mecânicas dos Fluidos. 6. ed. São Paulo: AMGH Editora Ltda, 2011.
MELÉNDEZ, Hugo; SUÁREZ, Danidtza. Vídeo explicativo da Experiência de Reynolds. Faculdade de São Bernardo do Campo. São Bernardo do Campo, SP. Disponível em: <https://drive.google.com/file/d/1Yr_bv9tW01ZTcGk7WMiFtWTrFXrVAfS8/view> Acesso em 18 de mar. de 2021.
%Médias
[VALOR]
4.8053168999444881E-2	0.24224169344652341	0.70970513755403175	Testes
%Re
14,80E-0471,876,68E-061,32E-029,62E-04347,11 
23,90E-0461,606,33E-061,25E-029,62E-04329,04 
32,05E-0433,376,14E-061,21E-029,62E-04319,28 
Média3,58E-0455,616,38E-061,26E-029,62E-04331,81 
15,30E-0416,503,21E-056,34E-029,62E-041.669,40 
25,20E-0416,313,19E-056,29E-029,62E-041.656,98 
35,40E-0416,593,25E-056,42E-029,62E-041.691,67 
Média5,30E-0416,473,22E-056,35E-029,62E-041.672,68 
15,30E-045,419,80E-051,93E-019,62E-045.091,50 
24,40E-044,849,09E-051,79E-019,62E-044.724,71 
34,70E-045,009,40E-051,86E-019,62E-044.885,35 
Média4,80E-045,089,43E-051,86E-019,62E-044.900,52 
Poucas OndasLaminar
Teste 3Se misturaTurbulento
Re
Tipo de 
escoamento
Teste 1LinearLaminar
Teste 2
Volume (m³)Tempo (s)Q (m³/s)v (m/s)
Viscosidade 
Dinâmica 
(kg/m*s)
Desenho do 
escoamento 
visualizado
TestesEnsaios