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Mostra como se deu o experimento de Reynolds
Tipologia: Resumos
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Disciplina: Laboratório de Fenômenos de Transporte e Operações Unitárias Docente: Maristela Alves da Silva Discente: Felipe Charles Barbosa Xavier Matrícula: 201020610 Campina Grande - PB
Atividade apresentada como avaliação da disciplina Laboratório de Fenômenos de Transporte e Operações Unitárias ministrada no semestre 2023.2 pela professora Maristela Alves da Silva,. Campina Grande - PB 2023
A determinação do número de Reynolds é um conceito fundamental na mecânica dos fluidos que desempenha um papel crucial na compreensão e análise do comportamento dos fluidos em movimento. O número de Reynolds, nomeado em homenagem ao físico e engenheiro britânico Osborne Reynolds, é uma medida adimensional que relaciona as forças inerciais e viscosas presentes em um fluxo fluido. Para entender o número de Reynolds, é necessário ter uma compreensão das forças envolvidas. As forças inerciais são resultado da tendência do fluido em resistir a mudanças em sua velocidade e direção, enquanto as forças viscosas são causadas pela fricção interna do fluido. O número de Reynolds é definido como o produto da densidade do fluido, velocidade característica e comprimento característico do fluxo, dividido pela viscosidade do fluido. Matematicamente, o número de Reynolds (Re) é expresso pela fórmula:
ρ.𝑉.𝐷 μ Onde ρ representa a densidade do fluido, V é a velocidade característica, D é o diâmetro e μ é a viscosidade dinâmica do fluido. O número de Reynolds é uma medida essencial para determinar o tipo de fluxo que ocorre em um determinado sistema. Existem três regimes de fluxo principais: laminar, transição e turbulento. Em fluxo laminar, as partículas do fluido fluem em camadas paralelas e se movem suavemente umas em relação às outras. No regime de transição, o fluxo é instável e pode alternar entre laminar e turbulento. Já no fluxo turbulento, as partículas do fluido se movem de forma caótica, resultando em vórtices e turbulências. O experimento de Reynolds, realizado por Osborne Reynolds em 1883, foi uma tentativa pioneira de visualizar e compreender os diferentes regimes de fluxo. Reynolds construiu um aparato experimental conhecido como Tubo de Reynolds, no qual um fluido era forçado a fluir através de um tubo estreito e transparente. Dentro do tubo, Reynolds introduziu um corante para tornar o fluxo visível e observou que à medida que a velocidade do fluido aumentava, o fluxo passava de laminar para transição e, eventualmente, paraturbulento. Através do experimento de Reynolds, Osborne Reynolds foi capaz de estabelecer a importância do número de Reynolds na determinação do tipo de fluxo. Ele também observou que, acima de um certo valor crítico de Reynolds, o fluxo turbulento prevalecia independentemente das condições iniciais, enquanto abaixo desse valor crítico o fluxo permanecia laminar.
Desde então, o número de Reynolds tornou-se uma ferramenta essencial na engenharia e na ciência dos fluidos, permitindo aos engenheiros e pesquisadores prever e analisar o comportamento dos fluidos em uma ampla gama de aplicações, desde o projeto de tubulações e dutos até o estudo de fenômenos naturais como a circulação atmosférica e o escoamento de rios. Em resumo, a determinação do número de Reynolds e o experimento de Reynolds desempenharam papéis fundamentais no desenvolvimento da mecânica dos fluidos,fornecendo uma compreensão valiosa sobre os diferentes regimes de fluxo e permitindo a análise e previsão do comportamento dos fluidos em uma ampla variedade de aplicações práticas.
Tubo de vidro circular horizontal de 2 metros com diâmetro de 20mm Recipiente graduado para medições de volume, colocado no final da tubulação e cronômetro para medir a vazão Reservatório de água com capacidade para 20L, com dispositivo para controle do nível constante Válvulas de regulagem de alimentação de água e controle de vazão Sistema de alimentação do traçador (corante azul), contendo agulha dosadora e válvula reguladora Béquer 1000 mL
Inicialmente o sistema foi examinado para identificar qualquer escapamento de água, e encontrava-se fechado. O sistema foi aberto, durante a saída de água, a válvula de corante azul foi aberta até se encontrar em fluxo constante e linear, como mostra a imagem 1 Imagem 1: Escoamento laminar
− μ
Escoamento laminar μ
Quadro 1: Resultados do escoamento laminar Ensaio Volume (m^3 ) Tempo (s) Vazão (m^3 /s) Velocidade (m/s) Re 1 5.10-^4 m^3 71s − 6 3 7, 04. 10 𝑚 /𝑠 − 3 8, 75. 10 𝑚/𝑠 280 2 5.10-^4 m^3 72s − 6 3 6, 94. 10 𝑚 /𝑠 − 3 8, 63. 10 𝑚/𝑠
3 5.10-^4 m^3 73s − 6 3 6, 85. 10 𝑚 /𝑠 − 3 8, 52. 10 𝑚/𝑠 272, Escoamento transicional −
Quadro 2: Resultados do escoamento turbulento Ensaio Volume (m^3 ) Tempo (s) Vazão (m^3 /s) Velocidade (m/s) Re 1 5.10-^4 m^3 10s − 6 3
Quadro 2: Resultados do escoamento transicional Ensaio Volume (m^3 ) Tempo (s) Vazão (m^3 /s) Velocidade (m/s) Re 1 5.10-^4 m^3 7s − 6 3 71, 43. 10 𝑚 /𝑠 − 3 8, 8861. 10 𝑚/𝑠 284,^35 2 5.10-^4 m^3 7s − 6 3 71, 43. 10 𝑚 /𝑠 − 3 8, 8861. 10 𝑚/𝑠 284,^35 3 5.10-^4 m^3 7s − 6 3 71, 43. 10 𝑚 /𝑠 − 3 8, 8861. 10 𝑚/𝑠 284,^35
Os resultados esperados deveriam ser que o número de Reynolds menor que 2000, o escoamento seja laminar, entre 2000 e 4000, escoamento transicional e acima de 4000 o escoamento turbulento. No experimento, o escoamento linear obteve um número de Reynoldsfoi de 276, 3, mostrando que o escoamento foi sim laminar. No escoamento transicional o valor do número de Reynolds foi de 1.990, não atingindo o valor esperado. No escoamento turbulento, o valor do número de Reynolds foi também 1.900, não atingindo o valor esperado. Esses erros nos escoamentos transicional e turbulento, podem ter sido causados por dois fatores, o primeiro porque entre o tubo de vidro circular e a válvula de regulagem de saída de água do tubo, tinham muitas ligações de canos que mudaram de diâmetro. Segundo pois na saída da agulha dosadora de saída da água com corante azul, no momento da contagem dos escoamentos transicional e turbulento, ainda se encontrava em estado laminar, essas duas situações afetaram os resultados finais.
O número de Reynolds é uma medida adimensional que relaciona as forças inerciais e viscosas presentes em um fluxo fluido. Ele desempenha um papel crucial na compreensão e análise do comportamento dos fluidos em movimento. O experimento de Reynolds, realizado por Osborne Reynolds em 1883, foi uma tentativa pioneira de visualizar e compreender os diferentes regimes de fluxo. Através desse experimento, Reynolds estabeleceu a importância do número de Reynolds na determinação do tipo de fluxo. Desde então, o número deReynolds se tornou uma ferramenta essencial na engenharia e na ciência dos fluidos, permitindo prever e analisar o comportamento dos fluidos em diversas aplicações práticas.
