Artigo reynolds - Tarefa de experimento em mecanica dos fluídos PDF

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Tarefa de experimento em mecanica dos fluídos...

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ANÁLISE EXPERIMENTAL DE REGIMES DE ESCOAMENTO ATRAVÉS DA VISUALIZAÇÃO E CÁLCULO DO NÚMERO DE REYNOLDS Bruno de Paula Silva (UFG/FCT) [email protected] Gabriel Nakandakari de Oliveira (UFG/FCT) [email protected] Isaque D’ávila Ribeiro Boaventura (UFG/FCT) [email protected]

Esse artigo apresenta conceitos relacionados ao experimento de Reynolds, como os tipos de escoamento que podem ser observados, e como estes se relacionam ao Número de Reynolds. O Número de Reynolds, determinado por Osborne Reynolds em 1883, é um número adimensional que relaciona forças viscosas e inerciais. O objetivo desse trabalho foi observar os diferentes tipos de escoamento e calcular o número de Reynolds para cada um deles, verificando se existia a compatibilidade entre o visualizado e o calculado. Os resultados dos cálculos dos Números de Reynolds mostrou divergência entre o escoamento de transição observado e o escoamento determinado pelo cálculo, o que significa uma dificuldade na distinção visual desse regime. Palavras-chave: Número de Reynolds. Escoamento. Experimento de Reynolds. 1. Introdução No século XIX diversos autores contribuíram com a era moderna da Mecânica dos Fluidos, tendo atuação desde tubulações até as áreas de construção de aviões. Essa área teve contribuição de vários autores, mas a publicação do trabalho de Reynolds, em 1883, foi um marco decisivo da época. Osborne Reynolds, físico e engenheiro britânico, verificou a existência de diferentes regimes de escoamento de um fluido tingido no interior de um tubo de vidro. (GASPAR et al. 2016). O número de Reynolds (Re), como ficou conhecido, é um número adimensional que relaciona forças viscosas e forças inerciais, utilizado para calcular o regime do escoamento sobre uma superfície ou dentro de um tubo. Além disso, também possibilita conhecer a perda de carga e estabilidade hidrodinâmica (HUERTAS, 2014). Uma das experiências mais importantes de Reynolds foram as de 1893, em que ele demonstrou a existência de três tipos de escoamento: o escoamento laminar, o escoamento de transição e o escoamento turbulento (VILANOVA, 2011). Escoamento pode ser definido como a movimentação das moléculas de um fluido. Escoamentos podem ser classificados em: laminar, turbulento e transição. No regime laminar

as partículas do fluido escoam em camadas lisas, laminadas, sobrepostas, sem cruzamentos. No regime turbulento, ocorre uma mistura das partículas, pois estas se movimentam de forma rápida e sem uma trajetória definida. O regime de transição ocorre entre o laminar e o turbulento (BRUNNETTI, 2008). Segundo Fox et al. (2014), a relação entre o número de Reynolds e o caráter do regime é dada pela seguinte maneira: • Re ≤ 2000, o escoamento é laminar; • 2000 ≤ Re ≤ 2300, o escoamento é de transição; • 2300 < Re, escoamento é turbulento;

A força de inércia utilizada no cálculo do Re é dada pelo produto da velocidade com a massa específica do fluido. E a força de viscosidade é dada pelo quociente da viscosidade dinâmica do fluido pelo diâmetro do tubo, como mostra a Equação 1:

Re=

ρ. V . D μ

(1)

Onde, ρ - massa específica do fluido, V – velocidade, D – diâmetro, � – viscosidade.

A velocidade necessária para calcular Re, pode ser encontrada através da Equação 2:

V=

4.Q (2) π . D2

Onde Q é a vazão volumétrica, definida pela divisão do volume pelo tempo de escoamento, como mostra a Equação 3: ∀ Q= (3) t No qual ∀ é o volume e pode ser definido pela razão da massa pela massa específica, apresentado pela Equação 4: m ∀= (4) ρ Portanto, os objetivos dessa prática são a visualização dos diferentes tipos de escoamento e a determinação experimental do número de Reynolds para cada situação observada.

2. Materiais e Métodos O experimento foi realizado utilizando uma bancada específica para o estudo do Número de Reynolds, como mostra a Figura 1:

Este equipamento é composto basicamente por um barrilhete com capacidade 20 litros, um tubo transparente de diâmetro interno 13,5 mm e de 1,5 m de comprimento, e um frasco de corante. A água escoa partindo do reservatório e o corante é injetado na corrente de água que passa pelo tubo, o que permite a visualização do escoamento. Existe ainda um registro que permite controlar a vazão da água. Além da bancada, os seguintes materiais foram utilizados: 

Cronômetro (r = 0,01s)



Dois béqueres (m = 0,058 kg)



Balança eletrônica (r = 0,001 kg)



Termômetro digital (r = 2 °C)



Balde

Antes de realizar as coletas, a temperatura foi medida e o nível de água no barrilhete foi verificado, para que não faltasse fluido durante a execução do experimento. Logo depois, as válvulas foram abertas e reguladas, de modo que o corante não se acumulasse dentro do tubo de vidro e dificultasse a visualização. O passo seguinte era ajustar a válvula para obter o regime que seria observado. Para cada tipo de escoamento, com o auxílio dos béqueres foram coletados cinco volumes, com os tempos cronometrados, além disso, o balde era utilizado para evitar que o fluido derramasse. E por fim, o béquer com água era colocado na balança eletrônica. Para todos os regimes foram realizados dois testes....