MINISTRIO DA DEFESADEPARTAMENTO DE CINCIA E TECNOLOGIAINSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA(REAL ACADEMIA DE ARTILHARIA, FORTIFICAO E DESENHO, 1792)DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

MECNICA DOS FLUIDOS - 4 ANO ENGENHARIA QUMICA

EXPERINCIA DE REYNOLDS

VITOR SOUZA AGUIAREDUARDO NOGUEIRA DE IGREJATAYNARA CARVALHOLAS PINTODIGENES BRANT XIMENESRODRIGO CARNEIRO CURZIODIEGO PRESTESRICARDO FERROCURTY PINHEIRO JNIOR

PROFESSOR: CEL BARROSO

RIO DE JANEIROJUNHO DE 2015

SUMRIO

INTRODUO TERICA3OBJETIVOS4MATERIAL UTILIZADO 5PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...5RESULTADOS E DISCUSSES...6REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS7

INTRODUO TERICAA experincia de 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). Seja um reservatrio com gua como ilustrado na Fig.2. Um tubo de vidro, cuja extremidade adaptada com um convergente, mantido dentro do reservatrio e ligado a um sistema externo que contm uma vlvula que tem a funo de regular a vazo. No eixo do tubo de vidro injetado um lquido corante que possibilitar a visualizao do padro de escoamento. Para garantir o estabelecimento do regime permanente, o reservatrio contendo gua deve ter dimenses adequadas para que a quantidade de gua retirada durante o experimento no afete significativamente o nvel do mesmo, e ao abrir ou fechar a vlvula (7), as observaes devem ser realizadas aps um intervalo de tempo suficientemente grande. O ambiente tambm deve ter sua temperatura e presses controladas. Para pequenas vazes o lquido corante forma um filete contnuo paralelo ao eixo do tubo (6). Vazes crescentes induzem oscilaes que so amplificadas medida que o aumento vai ocorrendo, culminando no completo desaparecimento do filete, ou seja, uma mistura completa no interior do tubo de vidro (6) do lquido corante, indicando uma diluio total. possvel concluir que ocorrem dois tipos distintos de escoamentos separados por uma transio. No primeiro caso, no qual observvel o filete colorido conclui-se que as partculas viajam sem agitaes transversais, mantendo-se em lminas concntricas entre as quais no h troca macroscpica de partculas. No segundo caso, as partculas apresentam velocidades transversais importantes, j que o filete desaparece pela diluio de suas partculas no volume de gua.

As principais caractersticas dos escoamentos so: a) 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. b) Escoamento Turbulento aquele no qual as partculas apresentam movimento catico macroscpico, isto , a velocidade apresenta componentes transversais ao movimento geral do conjunto ao fluido. O escoamento turbulento apresenta tambm as seguintes caractersticas importantes: 1. Irregularidade 2. Difusividade 3. Altos nmeros de Reynolds 4. Flutuaes tridimensionais (vorticidade) 5. Dissipao de energia Contudo, o escoamento turbulento obedece aos mecanismos da mecnica dos meios contnuos e o fenmeno da turbulncia no uma caracterstica dos fluidos mas do escoamento. A natureza de um escoamento, isto , se laminar ou turbulento e sua posio relativa numa escala de turbulncia indicada pelo nmero de Reynolds (Re). O nmero de Reynolds a relao entre as foras de inrcia (Fi) e as foras viscosas (F):

(1)

Para dutos circulares de dimetro D:

(2)

Sob condies normais, os limites crticos para escoamento em tubos so: escoamento em regime laminar; escoamento de transio; escoamento em regime turbulento.

OBJETIVOS Comprovar os regimes de escoamento laminar, transio e turbulento; Verificar e comprovar os valores crticos; Tirar concluses sobre o comportamento do fluido em cada um dos regimes.

MATERIAL UTILIZADO

Para a realizao da experincia utiliza-se o seguinte material:

1. Recipiente com gua em repouso;2. Tubulao com vlvula e entrada afunilada;3. Proveta;4. Balo com soluo colorida ligada a tubo de pequeno dimetro, com vlvula;5. Termmetro;6. Cronmetro;

Obs.: Soluo colorida utilizada: azul de metileno.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Inicialmente deve-se medir a temperatura (T) da gua contida na caixa com um termmetro, para verificar a viscosidade cinemtica quela temperatura, segundo a tabela abaixo:

Temperatura (oC)Viscosidade Cinemtica (m/s) em x10-6

01,78

41,57

101,31

201,01

300,83

400,66

500,56

600,47

800,37

1000,29

2. Anotar a temperatura (T) e a viscosidade na planilha;3. Verificar o dimetro (D) da tubulao e anotar na planilha;4. Na planilha calcular a rea da seo da tubulao;5. O prximo passo consiste em abrir a vlvula do tubo de vidro com entrada afunilada, que sai da caixa dgua, seguindo pela abertura da vlvula do balo contendo uma soluo colorida;6. Iniciar-se- ento a passagem do fluido pelo tubo. Aps o incio da passagem do fluido pelo tubo, verificando o regime a ser observado, introduz-se sob a vlvula do mesmo uma proveta graduada e ao mesmo tempo, dispara-se o cronmetro;7. Feito isso, ao obter um volume (Vol) suficiente na proveta, verifica-se o tempo (t) gasto para o determinado volume ser atingido;8. Durante o escoamento, deve0se abrir progressivamente a vlvula do tubo, para verificar o regime. Se este for laminar, observa-se um filete longitudinal de tinta no tubo. Se for de transio, o filete apresentar oscilaes. Se o escoamento for turbulento, no se observa o filete, a soluo colorida estar misturada ao escoamento;9. Para cada regime estabelecido, ser feita a medida da vazo correspondente pelo menos duas vezes, anotando-se o volume (Vol) e o tempo (t) correspondente;10. Anotar o volume (Vol) e o tempo (t) correspondente na planilha;11. Na planilha, calcular a vazo (Q), a velocidade (V) e o Nmero de Reynolds (Re), correspondente ao regime.12. Comparar os resultados com aqueles encontrados na literatura. RESULTADOS E DISCUSSES

A temperatura lida foi igual a 23,5 C. Portanto, fazendo uma interpolao linear da tabela com os valores das viscosidades cinemticas respectivas entre as temperaturas de 20C e 30C, obtemos o valor de 0,947 x 10-6 m/s para a viscosidade cinemtica (. Para os trs regimes (laminar, transio e turbulento), vamos utilizar os dados abaixo para o clculo do nmero de Reynolds:

Temperatura (C)23,5

Viscosidade Cinemtca (m/s)0,947 x 10-6

Dimetro da tubulao (m)0,0188

rea da seo da tubulao (m)2,776 x 10-4

Utilizando o formulrio abaixo, vamos calcular, para cada regime, os valores das vazes, velocidades e seus respectivos nmeros de Reynolds e organizar os dados em uma tabela. O formulrio descrito segue:

(3)

(4)

(5)

Utilizando as equaes 3, 4 e 5, montemos a tabela a seguir:

Regime

LaminarTransioTurbulento

Volume (m)0.000460.000810.000935

Tempo (s)922316

Vazo (m/s)0.0000053.52174E-055.84375E-05

Velocidade (m/s)0.0180126340.1268715980.210522664

N de Reynolds357.58978432518.6758724179.330605

Portanto, foram encontrados valores de Reynolds dentro do esperado para cada faixa. Para o regime laminar em que . Para o regime de transio em que e para o regime turbulento em

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Escoamento Laminar e Escoamento Turbulento. Disponvel em: http://meusite.mackenzie.com.br/eangelo/Exp_Reynolds.pdf. Acesso em: 29 de mai 2015.2