APS EM5 - Número de Reynolds

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 UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas
Engenharia Mecânica
	
Atividade prática supervisionada
Aparato experimental de Reynolds
DANIEL DOS SANTOS SOUZA	 RA: N1342E-8 
 ISRAEL RICHARD DOS SANTOS	 RA: N117DJ-8 
 CAICK NASCIMENTO VICENTE 	 RA: D3252J-6
 JEFFERSON SILVA DE SANTANA	 RA: D34AGE-0
 GABRIEL NASCIMENTO DE OLIVEIRA	 RA:N1241J-6
TURMA EM5P13
SÃO PAULO
2019
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Escoamento Laminar	5
Figura 2 Escoamento Transiente	5
Figura 3 Escoamento Turbulento	6
Figura 4 Imagem do modelo em 3D	7
Figura 5 Reservatório	7
Figura 6 Mangueira	8
Figura 7 Válvula esfera	8
Figura 8 Seringa	9
Figura 9 Corante	9
Figura 10 Flange	10
Figura 11 Escoamento laminar do aparato	12
Figura 12 Escoamento transiente do aparato	13
Figura 13 Escoamento turbulento do aparato	14
Figura 14 Foto final do aparato	14
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Custos dos materiais	10
Tabela 2 Tempo do escoamento laminar	11
Tabela 3 Tempo do escoamento transiente	12
Tabela 4 Tempo do escoamento turbulento	13
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO	4
1.1 Objetivo Geral	4
1.2 Objetivos Específicos	4
1.3 Justificativa	4
1.4 Conceito	5
1.4.1 Escoamento Laminar	5
1.4.2 Escoamento Transiente	5
1.4.3 Escoamento Turbulento	6
1.4.4 Definindo o tipo de escoamento	6
DESENVOLVIMENTO	7
2.1 Materiais utilizados	7
2.2 Custos dos materiais	10
2.3 Metodologia do experimento	10
2.3.1 Cálculos do escoamento laminar	11
2.3.2 Cálculos do escoamento de transição	12
2.3.3 Cálculos do escoamento turbulento	13
CONSIDERAÇÕES FINAIS	14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	14
INTRODUÇÃO
Em projetos na área de mecânica dos fluidos na engenharia uma importante variável a se determinar é o tipo de escoamento do fluido. O número de Reynolds (Re) é um número adimensional usado para determinar o tipo de escoamento de um fluido.
Pensando nisso, foi dada como atividade a elaboração de um aparato que seja possível testar e comprovar a teoria do Reynolds para visualizar os tipos de escoamentos existentes em mecânica dos fluidos.
1.1 Objetivo Geral
	O objetivo do experimento é fazer um aparato experimental capaz de reproduzir o experimento de Reynolds, para a visualização dos tipos de escoamentos.
1.2 Objetivos Específicos
	Em suma, realizar o experimento por meio das normas exigidas pela faculdade e da metodologia teórica que o Reynolds proporcionou.
1.3 Justificativa
	Demonstrar os conhecimentos adquiridos durante o curso e realizar o experimento para comprovar a teoria aprendida em sala de aula.
1.4 Conceito
O número de Reynolds é um número adimensional usado em mecânica dos fluidos para determinar o escoamento do fluido, podendo ser Laminar, Transiente ou Turbulento.
1.4.1 Escoamento Laminar
	
O escoamento laminar ocorre quando as partículas de um fluido se movimentam ao longo de trajetórias bem definidas, apresentando lâminas ou camadas (daí o nome laminar), que preservam suas características  durante o escoamento.
Nesse tipo de escoamento, a viscosidade age no fluido no sentido de amortecer a tendência de surgimento da turbulência. Sendo que este escoamento ocorre geralmente a velocidades baixas e em fluídos que apresentem grande viscosidade.
Abaixo uma figura ilustra o trajeto das partículas do fluído:
Figura 1 Escoamento Laminar
Fonte: https://bitli.li/PUL
1.4.2 Escoamento Transiente
O escoamento transiente parte da premissa em que após o fluido estar saindo do escoamento laminar está em transição para o escoamento turbulento.
Figura 2 Escoamento Transiente
Fonte: Autor
1.4.3 Escoamento Turbulento
O escoamento turbulento ocorre quando as partículas de um fluido não se movimentam 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. 
Este escoamento é comum na água, cuja viscosidade é relativamente baixa.
Figura 3 Escoamento Turbulento
Fonte: https://bitli.li/VJm
1.4.4 Definindo o tipo de escoamento
O número de Reynolds é uma relação entre forças de inércia e forças viscosas, que pode ser expressa por:
Sendo:Re = Número de Reynolds
 D = Diâmetro do tubo
	 V = Velocidade do fluido
	 = Viscosidade cinemática do fluido
A questão é que calculando você irá obter um valor de Reynolds (Re), e esse mesmo valor irá indicar qual será o tipo de escoamento do fluido. 
Se o valor obtido for:
Re<2000 → Escoamento laminar
2000<Re<2400 → Escoamento de transição
Re>2400 → Escoamento turbulento
DESENVOLVIMENTO
	De início fizemos um modelo de projeto em 3D e depois seguimos para a montagem física.
Figura 4 Imagem do modelo em 3D
Fonte: Autor
2.1 Materiais utilizados
	Para esta experiência utilizamos os seguintes materiais:
1. Reservatório: Para poder armazenar a água utilizamos um reservatório com dimensões de 280x210x165mm.
Figura 5 Reservatório
Fonte: Autor
2. Mangueira de 14mm: Utilizamos uma mangueira transparente para ficar mais fácil a visibilidade do escoamento do fluido.
Figura 6 Mangueira
Fonte: https://bitli.li/aRA
3. Válvula tipo esfera: Para fazer o controle da vazão utilizamos uma válvula do tipo esfera que possibilite o fluxo do fluido.
Figura 7 Válvula esfera
Fonte: https://bitli.li/NW6
4. Seringa: Para visualizar o tipo de escoamento utilizamos uma seringa que irá conter o corante.
Figura 8 Seringa
Fonte: Autor
5. Corante: Usamos corante líquido de tecido, por possuir uma viscosidade mais baixa.
Figura 9 Corante
Fonte: Autor
6. Flange: Para vedar a conexão entre o reservatório e mangueira usamos uma flange.
Figura 10 Flange
 
Fonte: Autor
2.2 Custos dos materiais
Fizemos a contabilidade do preço dos materiais utilizados e o resultado é apresentado na seguinte tabela:
Tabela 1 Custos dos materiais
	Material
	Preço
	Reservatório 10L
	 R$ 10,00 
	Mangueira translúcida
	 R$ 16,00 
	Válvula esférica
	 R$ 34,99 
	Seringa
	 R$ 4,25 
	Corante Xadrez
	 R$ 3,99 
	Flange
	 R$ 12,10 
	Total
	 R$ 81,33 
Fonte: Autor
2.3 Metodologia do experimento
Para definir qual tipo era o escoamento utilizamos o número de Reynolds, porém tivemos que realizar alguns cálculos para chegar ao adimensional de Reynolds.
 Fizemos a seguinte metodologia:
1. Medir a velocidade e fazer uma média;
2. Calcular o volume;
3. Calcular a vazão volumétrica;
4. Calcular a área da secção da mangueira;
5. Obter a velocidade;
6. Obter o número de Reynolds.
Para facilitar alguns cálculos (pois os valores serão constantes) já adiantamos os cálculos de Volume do reservatório, Área da secção da mangueira e Viscosidade cinemática da água ().
 → 
 → 
 *constante universal
2.3.1 Cálculos do escoamento laminar
Seguindo a lógica do nosso método, primeiramente medimos o tempo de escoamento e obtemos os seguintes dados:
Tabela 2 Tempo do escoamento laminar
	Medições
	Tempo (s)
	1º
	102
	2º
	92
	3º
	99
	Média
	99
Fonte: Autor
Obtemos a média de tempo de escoamento (
Usando a método de medição volumétrica os valores de vazão (
 para depois obter a velocidade ( e definir o tipo de escoamento do fluido.
→ → 
Como o valor de Reynolds obtido é menor que 2000 então é um escoamento laminar. Abaixo a foto do experimento no momento de escoamento laminar.
Figura 11 Escoamento laminar do aparato
Fonte: Autor
2.3.2 Cálculos do escoamento de transição
Do mesmo modo anterior seguimos com o método:
Tabela 3 Tempo do escoamento transiente
	Medições
	Tempo (s)
	1º
	30
	2º
	35
	3º
	34
	Média
	34
Fonte: Autor
→ → 
Como o valor de Reynolds obtido é maior que 2000 e menor que 2400 então é um escoamento de transição. Abaixo a foto do experimento no momento de escoamento transiente.
Figura 12 Escoamento transiente do aparato
Fonte: Autor
2.3.3 Cálculos do escoamento turbulento
E finalmente, os cálculos utilizando nossa metodologia para definir o escoamento turbulento:
Tabela 4 Tempo do escoamento turbulento
	Medições
	Tempo (s)
	1º
	22,5
	2º21,68
	3º
	20,4
	Média
	21,68
Fonte: Autor
→ → 
Como o valor de Reynolds obtido é maior que 2400 então é um escoamento turbulento. Abaixo a foto do experimento no momento de escoamento turbulento.
Figura 13 Escoamento turbulento do aparato
Fonte: Autor
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por fim, concluímos que foram atingidos os objetivos propostos para o experimento da atividade prática supervisionada, que seria realizar projetar um aparato experimental capaz de reproduzir o experimento de Reynolds e possibilitando a visualização dos 3 tipos de escoamentos, laminar, transiente e turbulento. 
Figura 14 Foto final do aparato
Fonte: Autor
Contudo, conseguimos comprovar o adimensional de Reynolds, usando as teorias passadas em sala de aula na realização deste experimento.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FERREIRA, Pedro; LIMA, Iara; VIVALDINI, Túlio; CAVALHERI, Thaís; Mecânica dos Fluidos Laboratório. São Paulo 2019
BRUNETTI, F; Mecânica dos fluidos. Prentice Hall, 2009
RODRIGUES, Luis Eduardo Miranda J; Mecânica dos fluidos Aula 8 – Introdução a cinemática dos fluidos. Arquivo virtual. Disponível em: < http://www.engbrasil.eng.br/pp/mf/aula8.pdf> . Acesso em: 28/04/2019
ESCOAMENTO LAMINAR E TURBULENTO. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=upHHx42r4E0
>. Acesso em: 28/04/2019
NUMERO DE REYNOLDS (RE). Disponível em: <https://www.engquimicasantossp.com.br/2013/10/numero-de-reynolds.html
>. Acesso em: 28/04/2019