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Relatório do experimento sobre Reynolds
Tipologia: Trabalhos
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Prof. Dr. Rodrigo Béttega
Bruna Marques Tobal - 610038
Enzo da Cruz Maduro Picelli- 609285
Ewerton Henrique da Silva - 609374
Fernanda Uccella - 610976
Irwin Eches Ronacher Souza - 561215
Pedro Farinasso Biagi- 561134
Viviane MayumiBogo Matsumoto - 561649
São Carlos 2015
á = 999,853 + 6,32693 ∗ 10 ^ ∗ − 8,523829 ∗ 10 ^ ∗ ^ + 6,943248 ∗ 10 ^ ∗ ^ (1)
á = 2,414 ∗ 10 ^ ∗ 10
, ( ) (2)
Em seguida, abriu-se um pouco da válvula do corante de forma que a vazão e a densidade da água não fossem afetadas pela vazão de azul de metileno na tubulação. Abriu-se então a válvula que controla a vazão de água e, assim que o regime se mostrou plenamente desenvolvido, coletou-se em um béquer previamente pesado uma certa quantidade de água durante aproximadamente 10 segundos. Em sequência, pesou-se o béquer com água para determinação da massa coletada e, com isso, calculou-se a vazão mássica e a velocidade de escoamento a partir das equações 3 e 4.
W = ∆ ^ é (3)
A partir da velocidade calculada obteve-se o número de Reynolds através da equação 5.
Re = ∗ ∗ (5)
Este procedimento foi repetido para mais 11 diferentes vazões de água na tubulação.
Figura 1- Diagrama esquemático do módulo de Reynolds
A partir da medida da temperatura, calculou-se a densidade e a viscosidade da água com as equações 1 e 2. Para o cálculo da vazão e da velocidade, mediu-se a massa do béquer vazio e o diâmetro da tubulação. Esses valores encontram-se na Tabela 1.
Tabela 1 - Valores da temperatura, densidade e viscosidade
Temperatura (ºC) Densidade (Kg/m^3 ) Viscosidade (Pa.s) Massa do béquer vazio (Kg) Diâmetro (m) 27 996,5109642 0,00085121 0,1302 0,
O número de Reynolds calculado a partir da expressão 3 para cada uma das vazões de água aplicadas pode ser observado na Tabela 2. A partir desses valores, foi possível determinar o regime teórico para o escoamento na tubulação e compará-lo com o regime observado experimentalmente, como pode ser visto na mesma tabela.
Tabela 2 - Valores do número de Reynolds experimentais e regimes observados e teóricos
M(kg) Δt (s) W (kg/s) V (m/s) Reynolds Experimental
Regime observado
Regime Teórico 1 0,1541 9,75 0,00245 0,019 288,71 Laminar Laminar 2 0,15915 10,03 0,00289 0,023 339,95 Laminar Laminar
Fonte:Béttega 2015
Figura 3 - Regime de transição observado
Figura 4 - Regime turbulento na entrada do corante (a) e na saída da tubulação (b)
Fonte : Acervo próprio
Na figura 2 é possível observar que no escoamento laminar as partículas fluidas movem-se em camadas lisas (lâminas) enquanto que no escoamento turbulento as partículas fluidas se misturam rapidamente, conforme a figura 4.
Para este experimento considerou-se regime permanente para todas as vazões aplicadas, ou seja, para cada amostra, desprezou-se a variação de altura da água no reservatório e, consequentemente, a possível variação da pressão dentro do mesmo. Considerou-se também que o regime era plenamente desenvolvido ao longo da
Figura 2 - Regime de transição
Fonte : Acervo próprio
a b
tubulação para a determinação visual do perfil de escoamento e que a solução de corante, azul de metileno, não influenciou na vazão de água e não alterou suas propriedades (densidade e viscosidade). Além disso, supôs-se que a temperatura permaneceu constante durante todo o experimento. No início do experimento, a uma baixa vazão, o escoamento laminar foi facilmente observado, pois o corante escoava de forma contínua em linha reta. Com o aumento da vazão tornou-se cada vez mais difícil caracterizá-lo como laminar ou de transição. Quando as perturbações geradas no início do tubo oscilavam ao longo do escoamento, sem seguir um padrão, o escoamento foi caracterizado como de transição. Para vazões mássicas maiores, o escoamento turbulento foi facilmente identificado, uma vez que o corante diluiu-se totalmente na água. A faixa de transição do Reynolds obtido experimentalmente distinguiu-se da teórica devido à ocorrência de erros, tais como: A oscilação da ponta da agulha na saída do corante; A vazão de corante foi diferente da vazão da água. Com uma vazão do corante menor que a da água, ocorre uma região de baixa pressão na ponta da agulha. Se a vazão do corante for maior, ele será expelido rapidamente para a tubulação; A mudança no nível do reservatório, que diminuía durante o experimento, causou queda na pressão exercida sobre a água, fazendo com que a vazão não fosse constante durante cada medida; As perturbações no ambiente, causadas pelos experimentadores ao redor da bancada; Os equívocos do experimentador, tais como a marcação do tempo de coleta no cronômetro e a visualização do perfil de escoamento na tubulação que é muito imprecisa e discutível;
A ocorrência desses erros podem ter influenciado na determinação do perfil de escoamento de cada vazão mensurada. Dessa forma, a faixa de transição encontrada, apesar de próxima, foi diferente da teórica.
Levando em consideração os erros experimentais da prática citados na discussão dos resultados, o intervalo crítico do número de Reynolds obtido experimentalmente
