Reynolds

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1. INTRODUÇÃO
1.1 Objetivos
Visualizar os tipos de escoamento através da experiência de Reynolds e a partir dai determinar o fator de atrito segundo o tipo de escoamento.
1.2 Resumo Teórico
1.2.1 Regimes de Escoamento
O cientista Osborne Reynolds desenvolveu em 1883 um estudo sobre escoamento de fluidos em tubos onde propôs uma classificação desse escoamento segundo as suas característicase comportamento, sugerindo que ele pudesse ser turbulento, transitório e laminar. Para isso, estabeleceu-se um parâmetro adimensional hoje conhecido como número de Reynolds, sendo expresso pela fórmula:

Como a viscosidade cinemática é dada pela fórmula,

Podemos escrever a equação de Reynolds da seguinte forma:

Onde:
ρ – massa específica [kg/m³];
u – velocidade média do fluido [m/s];
D– diâmetro da tubulação [m];
μ – viscosidade dinâmica ou absoluta [Ns/m²];
v – viscosidade cinemática [m²/s].

A classificação do escoamento conforme o número de Reynolds pode ser feita da seguinte forma:
 Re ≤ 2300, o escoamento é laminar, ou seja, as partículas percorrem trajetórias paralelas;
 2300 < Re < 4000, o regime é instável ou transitório;
 Re ≥ 4000 o regime é turbulento.O fator de atrito (f) que é um parâmetro para perdas de cargas em tubulações, também varia com o tipo de escoamento, sendo dependente do número de Reynolds, da razão entre a rugosidade e o diâmetro do tubo. Para escoamento laminar e tubos lisos e/ou tubos rugosos pode ser determinado pela fórmula:

Já para escoamentos do tipo turbulento para tubos lisos como o vidro pelas equações:


Ocoeficiente de atrito, também pode ser obtido através do diagrama de Moody. Para a região de regime turbulento o fator de atrito pode ser determinado a partir da equação de Colebrook:


2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Materiais Utilizados
Para realização do experimento foi utilizado uma bancada para simulação do experimento de Reynolds. A bancada é composta por um reservatório de água, ligado, por umtubo vertical transparente, a outro tubo de diâmetro menor para o escoamento de um filete de solução corante em torno do eixo do tubo. Duas válvulas controlam a vazão da água e da injeção do corante (permanganato de K). O diâmetro da tubulação onde é visualizado o tipo de escoamento é de 0,0315 m.
Para determinação da vazão do fluido foi utilizado um cronômetro e um recipiente graduado (proveta).2.2 Determinação dos Parâmetros Necessários ao Ensaio
2.2.1 Cálculo da Vazão
A vazão volumétrica (Q) pode ser determinada pela seguinte equação:
Q =
Onde:
V – Volume do reservatório, em m³;
t – Tempo até alcançar o volume V, em s.
2.2.2 Cálculo da velocidade média do escoamento
A velocidade média do escoamento é determinada pela seguinte equação:
u =
onde:
u – velocidade média doescoamento em m/s;
d – diâmetro interno do tubo de vidro em m.
2.2.3 Cálculo do número de Reynolds
Para o cálculo do número de Reynolds se faz necessário o conhecimento do valor da viscosidade cinemática ou da viscosidade dinâmica e a massa especifica do fluido. O valor da viscosidade pode ser obtido através de tabelas.
2.3 Procedimento Experimental
Abre-se a válvula para que o corante possapassar pelo tubo e o tipo de escoamento possa ser visualizado. Em seguida, abre-se, vagarosamente, a outra válvula para que a água do reservatório possa passar pela tubulação. Observa-se o tipo de escoamento.
Para cálculos posteriores faz-se a coleta do fluido (H2O) no recipiente calibrado (proveta) e marca-se o tempo necessário para atingir o volume estipulado.
Logo após, mede-se a temperatura dofluido coletado e anotam-se esses valores em uma tabela. Repete-se o procedimento até terem-se doze medidas, identificando em cada uma o tipo de escoamento.
Após realização dos cálculos compara-se o tipo de escoamento obtido nos cálculos (número de Reynolds) com os observados no ensaio. Em seguida, calcula-se o fator de atrito a partir dos dados obtidos.

3. RESULTADOS OBTIDOS
Abaixo se...