UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTALDISCIPLINA: HIDRULICA EM CONDUTOS FORADOS

EXPERIMENTO 2

NMERO DE REYNOLDS E TIPOS DE ESCOAMENTO

Docente:

Welitom Ttatom Pereira da Silva

Monitor:

Anglica Luciana Barros de Campos

Cuiab/MT Junho de 2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTALDISCIPLINA: HIDRULICA EM CONDUTOS FORADOS

EXPERIMENTO 2

NMERO DE REYNOLDS E TIPOS DE ESCOAMENTO

Relatriodo 2experimento

realizado,solicitadopelo Prof.

Welitom Ttatom Pereira da Silva,como requisito avaliativo do curso de Engenharia Sanitria e Ambiental na disciplina de Hidrulica dos Condutos Forados.

Discentes:Debora Aparecida Souza GuedesElisangela FerrarezFabola Sol

Cuiab/MT Junho de 2013

1. INTRODUO ......................................................................................................1

2. MODELO CONCEITUAL ......................................................................................2

3. OBJETIVOS ..........................................................................................................3

4. APARATO EXPERIMENTAL E PROCEDIMENTOS ............................................3

5. ANLISES ............................................................................................................5

5. 1 Condio 1......................................................................................................5

5. 2 Condio 2......................................................................................................6

6. CONCLUSO .......................................................................................................8

7. REFERNCIAS ....................................................................................................8

1. INTRODUO

O nmero de Reynolds (abreviado como Re) um nmero adimensional usado em mecnica dos fludos para o clculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfcie. utilizado, por exemplo, em projetos de tubulaes industriais e asas de avies. O seu nome vem de Osborne Reynolds, um fsico e engenheiro irlands. O seu significado fsico um quociente entre as foras de inrcia e as foras de viscosidadeEm experincias 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).A figura 1 demonstra o experimento realizado por Reynolds (1883).

Fig. 1 Ilustrao do aparato experimental

1O procedimento de seu experimento consiste no fluxo da gua que alimenta o procedimento e acionado pela abertura da vlvula inicial (torneira), e este fluido carregado por uma mangueira at uma vlvula para a retirada de ar. Aps este feito, o fluido transportado para a entrada do tubo inicial que contem duas fontes de alimentao, uma do fludo (gua) e outra do corante indicador do escoamento. Este corante possui uma vlvula que controla sua vazo.

Quando os valores de Reynolds so pequenos o nome dado escoamento laminar, esta forma uma tenso de cisalhamento entre os lquidos, ao contrario disso ocorre o processo de gerao turbulento, pois esse tem forma vorticosa (pois os movimentos do fluido se assemelha vrtices) e consequentemente dissipa as partculas adjacente por atrito viscoso. Tal movimento resultado do contato entre regies do escoamento com o liquido em movimento rpido com o liquido que se movimenta vagarosamente ou estagnado.

2. MODELO CONCEITUAL

Reynolds aps ter feito todas as suas experincias com diferentes valores de dimetros e temperaturas, chegou a concluso que a melhor forma de se determinar o tipo de movimento do escoamento no depende exclusivamente do valor da velocidade, mais ao valor de uma expresso sem dimenses, considerando tambm a viscosidade do lquido.Conforme demonstra a formula abaixo:

Na qual: Re o nmero de Reynolds; v a velocidade do fluido (m/s); D o dimetro da canalizao (m); a viscosidade cinemtica (m2/s).

Para as sees no circulares, pode-se tomar, para o clculo do nmero de

Reynolds as Equaes 2 e 3.

onde,

Se o resultado do escoamento for superior a 4000, o movimento nas condies correntes, em tubos comerciais, sempre ser turbulento. Para os encanamentos, o escoamento em regime laminar ocorre e estvel para valores do nmero de Reynolds inferiores a 2000. Entre esse valor e 4000 encontra-se um zona crtica, na qual no se pode determinar com segurana a perda de carga nas canalizaes.

3. OBJETIVOS

O objetivo de se realizar a experincia utilizando-se a simulao como meio de observao foi: Proporcionar aos alunos a visualizao e o entendimento dos tipos de escoamento; Proporcionar a experincia de determinar o nmero de Reynolds;

4. APARATO EXPERIMENTAL E PROCEDIMENTOS

O processo inicia com o fluxo da gua que alimentando o procedimento que acionado pela abertura da vlvula inicial (torneira), e este fluido carregado por uma mangueira at uma vlvula para a retirada de ar. Aps este feito, o fluido transportado para a entrada do tubo inicial que contem duas fontes de alimentao, uma do fludo (gua) e outra do corante indicador do escoamento. Este corante possui uma vlvula que controla sua vazo.

Conforme ilustrao na figura abaixo

Fig. 2 Ilustrao do mecanismo do procedimento

Fig. 3 Mecanismo

O tubo tem aproximadamente 2 metros de comprimento e 4 cm de dimetro sendo que sua espessura de 2mm. A operao do sistema foi iniciada abrindo a torneira de alimentao lentamente e a vazo do sistema foi determinada (mdia de trs medies por volume). Tendo os dados do tubo e a vazo foi possvel determinar o numero de Reynolds da condio hidrulica 1.

Foi iniciado a adio de soluo corante e ento foi possvel visualizar a estabilizao da distribuio do corante e os tipos de escoamento.

Depois desse procedimento a adio de soluo corante foi fechada para eliminao da gua colorida (para evitar interferncia no estudo da prxima condio hidrulica a ser estudada).

Modificando a vazo de alimentao para que obtivesse um escoamento laminar, condio hidrulica 2 (Re 100.

5. 1 Condio 1

O tubo utilizado na experincia tinha dimetro interno de 4 cm ou 0,04 metros e espessura de 2mm. A tabela 1 apresenta os dados obtidos no primeiro experimento realizado em triplicata

Tabela 1 Dados da primeira vazo

SequenciaVolume em mLTempo em Segundos

11204,27

21305,06

31305,02

Mdia126,674,78

Aplicando esses valores nas equaes abaixo pudemos obter os seguintes valores:

Calculo da Vazo por volume:

Calculando a velocidade:

[ ( ) ]

Obtemos o numero de Reynolds

Como Re > 100, o escoamento do primeiro experimento determinado turbulento, como ilustrado na figura 4 a seguir:

Fig. 4 Demonstrao do escoamento Turbulento

Este tipo de escoamento ocorre quando as partculas de um fluido no movem-se ao longo de trajetrias bem definidas, ou seja as partculas descrevem trajetrias irregulares, com movimento aleatrio, produzindo uma transferncia de quantidade de movimento entre regies de massa lquida. Este escoamento comum na gua, cuja a viscosidade e relativamente baixa.

5. 2 Condio 2

Para um numero de Reynolds < que 100; Adotamos o valor 80 para Re.

Calculando a velocidade:

Portanto a vazo dever ser:[ ( ) ]

Durante a realizao dos procedimentos foram encontrados os seguintes dados, Tabela 2.

Tabela 2 Dados da segunda vazo

SequenciaVolume em mLTempo em Segundos

1454,69

2454,45

3454,32

Mdia454,48

Aplicando esses valores nas equaes abaixo pode-se obter os seguintes

valores:

[ ( ) ]

Como o valor encontrado para nmero de Reynolds foi ainda maior que o estipulado, o escoamento no inicio dado como turbulento, porem, laminar aps uma distancia corrida no tubo, pois a tendncia de Re < 100 pode ocorrer conforme o liquido escoa pelo tubo, como pode ser observado na figura 5 a seguir:

Fig. 5 Demonstrao do escoamento Laminar

O escoamento laminar ocorre quando as partculas de um fluido movem-se ao longo de trajetrias bem definidas, apresentando lminas ou camadas (da o nome laminar). Este escoamento ocorre geralmente a baixas velocidades e em fludos que apresentem grande viscosidade.

6. CONCLUSO

No experimento pode observa o comportamento da gua por meio da injeo de um filamento de tinta na sua entrada. Repetindo-se esse experimento para diferentes vazes, verifica-se que o escoamento tem carter laminar quando o nmero de Reynolds baixo (neste caso, menor que 100, embora esse limite possa ser aumentado muito em condies especiais); para valores maiores, o escoamento considerado turbulento.Essa turbulncia causada por flutuaes locais na velocidade das partculas de fluido, que tm causas diversas; por exemplo, irregularidades na superfcie interna do tubo. A viscosidade do fluido permite-lhe absorver essas flutuaes de velocidade. por isso que lquidos com maior viscosidade cinemtica mantm escoamento laminar a maiores velocidades que lquidos menos viscosos. Como a relao velocidade/viscosidade cinemtica refletida justamente pelo nmero de Reynolds, esse grupo adimensional que tem relevncia na anlise desse tipo de fenmeno.O experimento importante, pois aproxima os estudantes a realidade, podendo assim como profissionais escolher de forma eficiente dimensionar tubulaes e outros fatores de uma rede de abastecimento de gua minimizando assim, os possveis erros.

7. REFERNCIAS

NETTO, J. M. de A. Manual de Hidrulica. 8 edio, Editora Edgard Blcher, 1998, SoPaulo, SP.

SILVA, W. T. P. Procedimentos para relatrio de Nmero de Reynolds e Tipos de Escoamento, 2012.

PORTO, R. de M. Hidrulica Bsica. Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, 1999, So Carlos, SP.