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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHOCENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIACURSO: ENGENHARIA QUMICA

Experincia de Reynolds

Ana Beatriz da Paixo RibeiroClvisFernando CesarTatiana Borges Diniz

So Lus - MA2015Ana Beatriz da Paixo RibeiroClvisFernando CesarTatiana Borges Diniz

Experincia de Reynolds

Relatrio tcnico apresentado como requisito parcial para obteno de aprovao na disciplina Laboratrio de Engenharia Qumica I, no Curso de Engenharia Qumica, na Universidade Federal do Maranho. Prof. Dr. Wendell Ferreira de La Salles

So Lus - MA2015

RESUMO

Na engenharia fundamental conhecer e compreender o comportamento do escoamento e o nmero de Reynolds nos fornece essas informaes. O objetivo do experimento foi determinar o nmero de Reynolds para as vazes calculadas e determinar se o escoamento era laminar, de transio ou turbulento. Logo, determinamos o Reynolds crtico e comparamos os resultados encontrados com a literatura. Os dados foram coletados no Laboratrio de Processos, da Universidade Federal do Maranho, Campus Bacanga, para 7 (sete) distintos valores de vazo, o fluido utilizado foi a gua, temperatura ambiente.

PALAVRAS-CHAVES: Regime Laminar, Turbulento, nmero de Reynolds.

SUMRIO

1.INTRODUO52.OBJETIVOS63.MATERIAIS E MTODOS6 3.1DESCRIO DA UNIDADE EXPERIMENTAL6 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL73.0RESULTADOS E DISCURSSOES84.0CONSIDERAES FINAIS:125.0REFERNCIAS13

1. INTRODUO

O nmero de Reynolds (abreviado como Re) um nmero adimensional usado em mecnica dos fludos para o clculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfcie. utilizado, por exemplo, em projetos de tubulaes industriais e asas de avies. O seu nome vem de Osborne Reynolds, um fsico e engenheiro irlands. O seu significado fsico um quociente entre as foras de inrcia e as foras de viscosidade Em experincias Reynolds (1883) demonstrou a existncia de dois tipos de escoamentos, o escoamento laminar e o escoamento turbulento. O experimento teve como objetivo a visualizao do padro de escoamento de gua atravs de um tubo de vidro, com o auxlio de um fluido colorido (corante). O procedimento de seu experimento consiste no fluxo da gua que alimenta o procedimento e acionado pela abertura da vlvula inicial (torneira), e este fluido carregado por uma mangueira at uma vlvula para a retirada de ar. Aps este feito, o fluido transportado para a entrada do tubo inicial que contem duas fontes de alimentao, uma do fludo (gua) e outra do corante indicador do escoamento. Este corante possui uma vlvula que controla sua vazo.Quando os valores de Reynolds so pequenos o nome dado escoamento laminar, esta forma uma tenso de cisalhamento entre os lquidos, ao contrario disso ocorre o processo de gerao turbulento, pois esse tem forma vorticosa (pois os movimentos do fluido se assemelha vrtices) e consequentemente dissipa as partculas adjacente por atrito viscoso. Tal movimento resultado do contato entre regies do escoamento com o liquido em movimento rpido com o liquido que se movimenta vagarosamente ou estagnado.Entre esse valor e 4000 encontra-se um zona crtica, na qual no se pode determinar com segurana a perda de carga nas canalizaes.Reynolds observou que o fenmeno ensaiado, dependia da massa especfica do fluido, velocidade mdia do escoamento, dimetro interno da tubulao e viscosidade do fluido. Atravs da anlise dimensional, ele obteve o chamado nmero de Reynolds (Re) e estabeleceu:

Onde = massa especfica do fluidov = velocidadeD= dimetro do tubo = viscosidade dinmica

- para Re 2100 - escoamento laminar; - para 2100 < Re < 4000 - escoamento de transio; - para Re 4000 - escoamento turbulento. O nmero de Reynolds o parmetro adimensional que relaciona as foras inerciais e as foras viscosas da vazo de um fluido incompressvel, na ausncia de campo gravitacional. Ele somente reflete os efeitos do fluido e no considera os outros fatores, tais como rugosidade das paredes da tubulao, obstrues e curvas da tubulao. Escoamento laminar: definido como aquele no qual o fluido se move em camadas, ou lminas, uma camada escorregando sobre a adjacente havendo somente troca de quantidade de movimento molecular. Qualquer tendncia para instabilidade e turbulncia amortecida por foras viscosas de cisalhamento que dificultam o movimento relativo entre as camadas adjacentes do fluido.

2. OBJETIVOS

Visualizao das caractersticas dos escoamentos laminar, transio e turbulento e Determinao experimental do nmero de Reynolds crtico em tubos circulares.

3. MATERIAIS E MTODOS3.1 DESCRIO DA UNIDADE EXPERIMENTAL

O equipamento a ser utilizado consiste de um tubo de acrlico de 12 mm de dimetro interno preso a um suporte de material acrlico. No topo do suporte, h um reservatrio de nvel constante que fornece gua para o tubo. A vazo de gua controlada atravs de uma vlvula gaveta, localizada na sada do tubo de vidro, e ser medida atravs de cronmetro e proveta na sada do tubo. O comportamento do fluxo no tubo pode ser observado injetando-se um filamento de corante no fluxo de gua e observando-se o comportamento deste. O sistema experimental est apresentado na figura 01.

Figura 1

3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para manter um nvel constante de gua no reservatrio, abriram-se as vlvulas de entrada e sada; Em seguida, com o corante j no local indicado, e com auxlio de uma proveta e um cronmetro, mediu-se o volume de lquido no tubo de sada, para um determinado tempo e calculou-se a vazo; Abriu-se a vlvula de sada do corante para observar o tipo de escoamento: se laminar, em transio, ou turbulento; Repetiram-se os procedimentos anteriores para diversos valores de vazo;

3.0 RESULTADOS E DISCURSSOES

Foram realizadas ste medies de volume e tempo, com os valores coletados foi possvel o clculo da vazo atravs da equao:

As resultados obtidos esto expressos na Tabela 01:

Tabela 01: Dados coletados no experimento e vazo calculadaENSAIOVOLUME(mL)TEMPO(s)VAZO(mL/s)

01486,097,88

024611,73,93

03473,413,82

04452,4418,44

05401,6424,39

06542,027,00

07601,6237,03

Considerando uma rea de seo transversal constante, de dimetro igual a 0,012 m e rea de 1,13 x 10-4 m2, calculamos a velocidade para cada valor de vazo encontrado. Alm disto, sendo a massa especfica e a viscosidade dinmica da gua constantes e iguais a 998 Kg/m3 e 1,002 x 10-3 N.s/m2, respectivamente, calculamos o nmero de Reynolds para cada ensaio. Com base neste nmero adimensional, determinamos o tipo de escoamento.Para o clculo da velocidade usamos a seguinte equao:

Os dados de velocidade, nmero de Reynolds e tipo de escoamento, so apresentados na tabela 02.

Tabela 02: Dados da velocidade, nmero de Reynolds e especificao do escoamento.EnsaioVazo (m3/s)Velocidade (m/s)Reynolds (re)Tipo de escoamento

----ObservadoCalculado

017,88E-066,97E-02833,4735838LaminarLaminar

023,93E-063,48E-02415,6790843LaminarLaminar

031,38E-061,22E-011461,751894LaminarLaminar

041,84E-051,63E-011950,412803TransioLaminar

052,44E-052,16E-012579,748821TransioTransio

062,70E-052,39E-012855,810503TransioTransio

073,70E-053,28E-013916,691219TurbulentoTransio

Figura 02: Aspecto do escoamento no tubo de vidro

Os valores encontrados para o nmero de Reynolds e seu respectivo tipo de escoamento no so satisfatrios, pois de acordo com a literatura para Reynolds menor que 2100 o regime laminar; para Reynolds maior que 4000, o regime turbulento e, entre essa faixa, o regime transitrio, no entanto podemos observar que h uma diferena no experimento realizado pois a faixa onde se deu o escoamento turbulento est abaixo do presente na literatura.H quarto ensaio outro ponto para anlise, pois o valor de Reynolds encontrado (Re =1950), pois este apresenta um leve movimento oscilatrio no escoamento do fluido, caracterizando um regime de transio, porm nessa faixa o escoamento deveria se apresentar na forma laminar. Isto pode ser decorrente da prpria instabilidade do equipamento, visto que qualquer perturbao na vizinhana, altera o escoamento do corante no interior do fluido, alm da rugosidade na regio de entrada do tubo. Consideramos como nmero de Reynolds crtico o valor correspondente ao ensaio 04, de 1950,412803, uma vez que a partir deste, o escoamento deixa de ser laminar e j apresenta caractersticas de escoamento turbulento. O valor encontrado na literatura para o nmero de Reynolds crtico para escoamento interno em dutos circulares foi de, aproximadamente, 2100. Consideramos que esta diferena seja em decorrncia das mesmas perturbaes anteriormente citadas.

4.0 CONSIDERAES FINAIS

A partir do experimento, foi possvel determinar os regimes de escoamento interno tanto visualizando experimentalmente o filete de corante que escoava, quanto atravs dos clculos para o nmero de Reynolds. Em virtude de o experimento no ter sido realizado nas condies ideais, verificamos diferenas nos valores do Reynolds, quando comparados com a literatura. Estas podem ser facilmente explicadas pela instabilidade do equipamento, pelas perturbaes ocasionadas pelos alunos e pela baixa preciso na determinao da vazo experimental. Para valores mais prximos seria necessrio uma repetio do experimento. A nvel de ensino, o experimento atendeu s expectativas esperadas pois nos proporcionou melhor entendimento de um conceito adimensional de grande importncia e utilizao na engenharia.

5.0 REFERNCIAS

[1] Munson, Bruce R. Fundamentos da mecnica dos fluidos / Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi; traduo da quarta edio americana: Euryale de Jesus Zerbini. So Paulo: Edgard Blcher, 2004.

FOX, Robert W., 1934- Introduo mecnica dos fluidos / Robert W. Fox, Alan T. McDonald, Philip J. Pritchard; traduo e reviso tcnica Ricardo Nicolau Nassar Koury, Luiz Machado. Rio de Janeiro: LTC, 2010.