Experimento De Reynolds-Roteiro

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<p>Experimento de Reynolds</p><p>Apresentação</p><p>1. OBJETIVO</p><p>Neste laboratório, você realizará o experimento idealizado por Osborne Reynolds para verificar o</p><p>comportamento da água em uma tubulação. Com esse experimento, será possível identificar três</p><p>tipos de escoamentos: laminar, transição e turbulento.</p><p>Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:</p><p>calcular o valor do número de Reynolds para uma tubulação;•</p><p>relacionar o comportamento do fluido com o número de Reynolds calculado.•</p><p>2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?</p><p>O número de Reynolds é muito utilizado para cálculos na mecânica dos fluidos tanto para líquidos</p><p>quanto para gases. Quando falamos de líquidos em uma tubulação, estamos interessados em</p><p>dimensionar a tubulação na qual ele irá passar e a bomba que será utilizada para bombear o</p><p>líquido. Para dimensionar corretamente essa tubulação e a bomba, devemos levar em</p><p>consideração a diminuição da pressão que existirá no sistema devido à dificuldade do líquido em</p><p>passar pela tubulação. Essa dificuldade é função do número de Reynolds.</p><p>3. O EXPERIMENTO</p><p>Neste experimento virtual você seguirá as instruções contidas no roteiro. Nele você vai encontrar</p><p>as orientações necessárias para realizar a configuração das válvulas e iniciar a operação da</p><p>bancada, observando o comportamento do fluído e definindo o regime de escoamento</p><p>encontrando.</p><p>4. SEGURANÇA</p><p>Por trata-se de uma versão virtual, não serão utilizados e equipamentos de proteção individual</p><p>(EPIs), porém, para a utilização da bancada física, recomenda-se o uso de sapatos fechados e</p><p>cabelo preso.</p><p>5. CENÁRIO</p><p>A prática será realizada em uma versão virtual da bancada didática de mecânica dos fluidos e</p><p>bombas. Para isso, é necessário o uso da bomba centrífuga, válvulas, mangueira, funil de</p><p>separação, pipeta, cronômetro e tubulações de PVC.</p><p>Bons estudos.</p><p>Sumário teórico</p><p>EXPERIMENTO DE REYNOLDS</p><p>1. NÚMERO DE REYNOLDS E REGIMES DE ESCOAMENTO</p><p>O número de Reynolds é assim chamado graças ao engenheiro Osborne Reynolds que, por volta</p><p>de 1880, realizou vários testes para entender a relação entre as características do fluido,</p><p>tubulação e o regime de escoamento. Ele descobriu que o regime do escoamento depende</p><p>principalmente da razão das forças inerciais e as forças viscosas do fluido. Para verificar o</p><p>comportamento do fluido, Reynolds utilizou uma montagem que constituía de uma tubulação que</p><p>passava água, com uma válvula para controlar a vazão e um reservatório com corante que foi</p><p>injetado na água durante os experimentos.</p><p>O número de Reynolds é calculado através da seguinte fórmula:</p><p>Onde:</p><p>é a velocidade do escoamento (m/s);•</p><p>é o diâmetro interno tubo (m), para o experimento considere o diâmetro interno no tubo de</p><p>Reynolds D = 0,044 m;</p><p>•</p><p>é a viscosidade cinemática do fluido (m2/s);•</p><p>ρ é a massa específica do fluido;•</p><p>μ é a viscosidade dinâmica do fluído;•</p><p>No entanto, velocidade está relacionada à vazão do sistema ( em m3/s):</p><p>Então,</p><p>Substituindo a na equação de Reynolds, tem-se:</p><p>Os comportamentos observados são:</p><p>Escoamento laminar: N° de Reynolds ≤ 2300;•</p><p>Nesse regime, o fluído flui suavemente em camadas paralelas, sem turbulência significativa. As</p><p>partículas do fluído se movem de maneira ordenada e previsível.</p><p>Escoamento de transição: 2300 ≤ N° de Reynolds ≤ 4000;•</p><p>Trata-se de um regime de transição entre o entre o escoamento laminar e turbulento. Isso pode</p><p>ocorrer em uma ampla faixa de valores de Reynolds e é frequentemente caracterizado por</p><p>alterações no comportamento do fluído.</p><p>Escoamento turbulento: N° Reynolds ≥ 4000.•</p><p>O escoamento turbulento é caracterizado por movimentos caóticos e aleatórios das partículas dos</p><p>fluídos. Há formação de vórtices, redemoinhos e instabilidades no fluxo. Isso ocorre em altas</p><p>velocidades e altos valores de números de Reynolds.</p><p>É importante atentar-se que esses os valores mencionados são aproximados, sendo possível um</p><p>desvio destes valores em situações práticas.</p><p>2. COMPONENTES UTILIZADOS NO EXPERIMENTO DE REYNOLDS</p><p>Este experimento utilizará componentes da bancada didática de mecânica dos fluidos e bombas.</p><p>Para isso, é necessário o uso da bomba centrífuga, válvulas, mangueira, funil de separação,</p><p>pipeta e tubulações de PVC.</p><p>BOMBA CENTRÍFUGA</p><p>As bombas são equipamentos destinados a bombear um líquido em um sistema. Na bancada,</p><p>encontramos duas bombas centrífugas de 0,5 cv cada. As bombas que se encontram na bancada</p><p>são utilizadas para succionar a água do reservatório de água, tendo como recalque as tubulações</p><p>onde são realizados os experimentos de perda de carga, sendo possível também controlar a</p><p>vazão da bomba pelo potenciômetro que se encontra no painel.</p><p>VÁLVULAS</p><p>Válvulas são mecanismos de manobra que são utilizadas para controlar a vazão de um fluido</p><p>dentro de uma tubulação. Na bancada, temos válvulas do tipo gaveta, válvula do tipo agulha,</p><p>válvula do tipo esfera de metal e válvulas do tipo esfera de PVC.</p><p>Quando essas válvulas estão totalmente abertas é possível observar uma perda de carga devido</p><p>à sua forma construtiva. Ao começar a fechar uma válvula, o seu mecanismo interno, que pode</p><p>ser uma esfera ou um obturador, aumenta a restrição da passagem do fluido, aumentando assim</p><p>a perda de carga na tubulação e, por consequência, diminuindo a vazão do fluido dentro da</p><p>tubulação, podendo chegar até o ponto de fechar totalmente a passagem.</p><p>Figura 1 – Válvulas de controle.</p><p>FUNIL DE SEPARAÇÃO</p><p>O funil de separação (ou balão de separação) é utilizado para armazenar o líquido com corante</p><p>que permite ao aluno visualizar o comportamento da água. Esse componente possui uma válvula</p><p>on-off que é utilizada para permitir ou não a passagem do corante para a linha do experimento.</p><p>Figura 3 – Funil de separação.</p><p>MANGUEIRA</p><p>Mangueira pu é utilizada para direcionar o corante do funil de separação até a pipeta que se</p><p>encontra na tubulação de acrílico.</p><p>Figura 4 – Mangueira pneumática pu.</p><p>PIPETA</p><p>Pipeta é um instrumento de vidro muito comum em laboratórios e é utilizada para realizar a</p><p>transferência de líquidos. No experimento de Reynolds, ela é utilizada para promover a passagem</p><p>do líquido com corante.</p><p>Figura 5 – Pipeta de vidro.</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>FOX, Mc DONALD, PRITCHARD. Introdução à mecânica dos fluidos. [LTC.]: Livros Técnicos e</p><p>Científicos, 6° EDIÇÃO.</p><p>ÇENGEL CIMBALA. Introdução à mecânica dos fluidos 3° EDIÇÃO.</p><p>Roteiro</p><p>INSTRUÇÕES GERAIS</p><p>1. Neste experimento, você irá aprimorar seus conhecimentos sobre o experimento de</p><p>Reynolds.</p><p>2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência</p><p>virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual.</p><p>3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial” presente neste</p><p>Roteiro.</p><p>4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para</p><p>realização desta prática na subseção “Procedimentos”.</p><p>5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação dos</p><p>Resultados”.</p><p>RECOMENDAÇÕES DE ACESSO</p><p>DICAS DE DESEMPENHO</p><p>Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais, siga as seguintes dicas de</p><p>desempenho:</p><p>Feche outros aplicativos e abas: Certifique-se de fechar quaisquer outros aplicativos ou</p><p>abas que possam estar consumindo recursos do seu computador, garantindo um</p><p>desempenho mais eficiente.</p><p>•</p><p>Navegador Mozilla Firefox: Recomendamos o uso do navegador    Mozilla Firefox,</p><p>conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores,</p><p>proporcionando uma navegação mais fluida.</p><p>•</p><p>Aceleração de hardware: Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no</p><p>seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais.</p><p>•</p><p>Requisitos mínimos do sistema: Certifique-se de que seu computador atenda aos</p><p>requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais. Essa informação está</p><p>disponível em</p><p>nossa Central de Suporte.</p><p>•</p><p>Monitoramento do sistema: Utilize o Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) para</p><p>verificar o uso do disco, memória e CPU. Se estiverem em 100%, considere fechar outros</p><p>aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho.</p><p>•</p><p>Teste de velocidade de internet: Antes de acessar, realize um teste de velocidade de</p><p>internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais.</p><p>•</p><p>Atualizações do navegador e sistema operacional: Mantenha seu navegador e sistema</p><p>operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos</p><p>laboratórios.</p><p>•</p><p>PRECISA DE AJUDA?</p><p>Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas, visite nossa Central de Suporte para encontrar</p><p>artigos de ajuda e informações para usuários. Acesse a Central de Suporte através do link:</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br</p><p>Se preferir, utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado</p><p>para a Central de Suporte. Estamos aqui para ajudar! Conte conosco!</p><p>https://www.mozilla.org/pt-BR/firefox/new/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-contato.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO</p><p>MATERIAIS NECESSÁRIOS</p><p>·       Bancada didática de Mecânica dos Fluidos e Bombas da Algetec;</p><p>·       Cronômetro.</p><p>PROCEDIMENTOS</p><p>1. HABILITANDO AS BOMBAS</p><p>Habilite as bombas no painel elétrico e, em seguida, ligue a bancada.</p><p>2. ENCHENDO O RESERVATÓRIO</p><p>Ajuste o potenciômetro e aguarde o preenchimento do reservatório. Assim que o nível de água no</p><p>reservatório atingir o valor máximo, a bancada será desligada. Nesse momento, feche a válvula</p><p>12 para impedir a recirculação da água do reservatório.</p><p>3. MEDINDO A VAZÃO E OBSERVANDO O REGIME DE ESCOAMENTO</p><p>https://suporte-contato.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>Observe o volume de água presente no reservatório. Considere as seguintes dimensões: 400 mm</p><p>de comprimento, 320 mm de largura e 474 mm de altura. Ajuste as válvulas 14 (tubulação de</p><p>Reynolds) e 15 (corante) para as posições desejadas. Para iniciar a observação, é necessário</p><p>manipular a válvula 15 até que seja possível observar o fluxo do corante em todo o comprimento</p><p>do tubo de Reynolds. Verifique qual a cota inicial do tanque e ative o cronômetro. Observando o</p><p>comportamento do escoamento (água + corante), aguarde até que o nível da água varie 30 a 50</p><p>mm e, em seguida, desligue o cronômetro e feche as válvulas. Registre as informações obtidas</p><p>para usá-las posteriormente, durante o cálculo da vazão para a porcentagem de trabalho</p><p>escolhida para a válvula 14 (tubulação de Reynolds) e classificação do regime de escoamento.</p><p>4. OBSERVANDO UM NOVO REGIME DE ESCOAMENTO</p><p>Repita os procedimentos anteriores para realizar uma nova medição de vazão e uma nova</p><p>observação do regime de escoamento, enchendo o tanque, escolhendo outra porcentagem de</p><p>trabalho para a válvula 14. Lembre-se que, para iniciar a observação, é necessário manipular a</p><p>válvula 15 até que seja possível observar o fluxo do corante em todo o comprimento do tubo</p><p>de Reynolds.</p><p>5. AVALIANDO OS RESULTADOS</p><p>Siga para a seção “Avaliação dos Resultados” e responda de acordo com o que foi observado</p><p>nos experimentos, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.</p><p>AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS</p><p>Observação: Para as questões a seguir, considere as seguintes medidas para o reservatório</p><p>de acrílico: comprimento: 400 mm; largura: 320 mm; altura: 474 mm e o diâmetro interno no tubo</p><p>de Reynolds D = 44 mm.</p><p>1.    A partir dos dados obtidos no laboratório, considerando a passagem de tempo e alteração</p><p>do nível da água, determine a vazão do sistema para a porcentagem utilizada na válvula</p><p>de escoamento do tubo de Reynolds. Registre as informações na tabela abaixo.</p><p>2.   Com base nos dados obtidos durante a etapa de medindo a vazão, calcule o número de</p><p>Reynolds e, a partir disso, classifique o regime de escoamento.</p><p>3. Considerando as informações obtidas durante a etapa de observação do regime de</p><p>escoamento, qual o regime de escoamento encontrado?</p><p>TUTORIAL</p><p>1. HABILITANDO AS BOMBAS</p><p>Visualize o painel elétrico clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera “Painel Elétrico”</p><p>localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela.</p><p>Habilite as bombas 1 e 2 no painel elétrico clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o</p><p>botão “Habilitar bomba 1” e sobre o botão “Habilitar bomba 2”.</p><p>Ligue o painel elétrico clicando com o botão esquerdo do mouse no botão “LIGA”.</p><p>2. ENCHENDO O RESERVATÓRIO</p><p>Habilite a janela de popup do potenciômetro clicando com o botão direito do mouse sobre o botão</p><p>indicado.</p><p>Varie a vazão clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o local indicado e arraste para a</p><p>direita.</p><p>Feche a janela de popup clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o local indicado.</p><p>Visualize o reservatório de acrílico clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera</p><p>“Reservatório de acrílico”.</p><p>Feche a válvula de esfera 13 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela.</p><p>Aguarde o preenchimento do reservatório.</p><p>Observe que a bancada será desligada assim que o nível de água no reservatório atingir o valor</p><p>máximo. Nesse momento, feche a válvula 12 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela.</p><p>3. MEDINDO A VAZÃO E OBSERVANDO O REGIME DE</p><p>ESCOAMENTO</p><p>Habilite a janela popup do reservatório de acrílico clicando com o botão direito do mouse sobre</p><p>ele.</p><p>Observe o volume de água no reservatório.</p><p>Habilite o cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a aba do</p><p>menu cronômetro.</p><p>Visualize o painel elétrico clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome</p><p>“Painel Elétrico”.</p><p>Habilite a janela popup da válvula 15 clicando com o botão direito do mouse sobre ela.</p><p>Visualize o tubo de Reynolds clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera “Tubo de</p><p>Reynolds”.</p><p>Ajuste a válvula gaveta 14 para a posição desejada clicando com o botão direito ou esquerdo</p><p>mouse, de acordo com a porcentagem de abertura escolhida.</p><p>Ajuste a válvula 15 para a posição desejada clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o</p><p>local indicado e arraste para a direita.</p><p>Verifique a cota inicial do tanque e ative o cronômetro.</p><p>Observe o comportamento do escoamento (água + corante) e aguarde até que o nível da água</p><p>varie de 30 a 50 mm.</p><p>Registre as informações obtidas.</p><p>Desligue o cronômetro e feche as válvulas clicando com o botão esquerdo do mouse sobre os</p><p>locais indicados. No caso da válvula 15, feche clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o</p><p>local indicado e arraste para a esquerda.</p><p>4. OBSERVANDO UM NOVO REGIME DE ESCOAMENTO</p><p>Repita os procedimentos anteriores, enchendo o tanque, e escolhendo outra porcentagem de</p><p>trabalho para a válvula 14.</p><p>5. AVALIANDO OS RESULTADOS</p><p>Siga para a seção “Avaliação dos Resultados” e responda de acordo com o que foi observado</p><p>nos experimentos, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.</p><p>Pré Teste</p><p>1)</p><p>Falando sobre escoamento de um líquido dentro de uma tubulação, quais são os tipos de</p><p>escoamento que podem ser observados?</p><p>A) Contínuo, permanente e variado;</p><p>B) Laminar, transição e turbulento;</p><p>C) Variado, acelerado e estático.</p><p>2)</p><p>Em torno de 1880, o engenheiro Osborne Reynolds pesquisou sobre regime de escoamento</p><p>do fluido em uma tubulação.</p><p>Qual foi a principal dependência que ele observou?</p><p>A) Dependência entre as forças inerciais e forças viscosas do fluido;</p><p>B) Dependência entre a força centrípeta e força viscosa;</p><p>C) Dependência entre a força centrípeta</p><p>e força gravitacional.</p><p>3)</p><p>Um professor de mecânica do fluídos propôs para os alunos realizar o experimentos de</p><p>Osborne Reynolds utilizando água como líquido e outro experimento com óleo de motor.</p><p>Qual dos dois experimentos os alunos encontraram maior velocidade ainda com escoamento</p><p>laminar?</p><p>A) No experimento com óleo;</p><p>B) Os dois experimentos apresentaram a mesma velocidade;</p><p>C) Para o experimento com água.</p><p>4)</p><p>Um engenheiro está escolhendo a tubulação de um sistema de tratamento de esgoto.</p><p>Sabendo que o desgaste da tubulação será maior quanto maior o número de Reynolds, qual</p><p>das alternativas é mais interessante para prolongar a vida útil da tubulação?</p><p>A) Usar a tubulação de menor diâmetro, porque assim a velocidade média será maior;</p><p>B) Usar a tubulação mais longa possível, aumentando assim a perda de carga;</p><p>C) Usar uma tubulação de maior diâmetro, porque assim a velocidade média será menor.</p><p>5)</p><p>Quais são os intervalos que foram sugeridos por Osborne Reynolds para os regimes de</p><p>escoamento?</p><p>A) Escoamento laminar: N° de Reynolds ≤ 5000;</p><p>Escoamento de transição: 5000 ≤ N° de Reynolds ≤ 10000;</p><p>Escoamento turbulento: N° Reynolds ≥ 10000.</p><p>Escoamento laminar: N° de Reynolds ≤ 100;</p><p>Escoamento de transição: 100 ≤ N° de Reynolds ≤ 500;</p><p>B)</p><p>Escoamento turbulento: N° Reynolds ≥ 500.</p><p>C) Escoamento laminar: N° de Reynolds ≤ 2300;</p><p>Escoamento de transição: 2300 ≤ N° de Reynolds ≤ 4000;</p><p>Escoamento turbulento: N° Reynolds ≥ 4000.</p><p>Experimento</p><p>Acesse o laboratório:</p><p>Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!</p><p>Pós Teste</p><p>1)</p><p>Qual o comportamento observado no corante quando o número de Reynolds é maior do que</p><p>5000?</p><p>A) O corante se mistura com a água logo após sair da pipeta;</p><p>B) O corante se mantém coeso até o final do tubo de acrílico;</p><p>C) O corante sai da pipeta coeso. Ao chegar na metade da tubulação, se mistura a água.</p><p>2)</p><p>Qual o comportamento observado no corante quando o número de Reynolds é menor do</p><p>que 1000?</p><p>A) O corante se mistura com a água logo após sair da pipeta;</p><p>B) O corante se mantém coeso até próximo do final do tubo de acrílico;</p><p>C) O corante sai da pipeta coeso, mas poucos centímetros depois, ele começa a fazer</p><p>movimentos de zigue-zague.</p><p>3)</p><p>Um aluno, ao realizar o experimento de Reynolds em regime de transição, observou que</p><p>quando o reservatório de acrílico está com um nível se aproximando do mínimo, o</p><p>comportamento se tornava laminar.</p><p>Qual é a razão disso acontecer?</p><p>A) Isso acontece devido ao aumento da turbulência no tanque;</p><p>B) Isso é observado devido à diminuição da pressão por causa da diminuição da altura do nível;</p><p>C) Isso se deve a entrada de ar na tubulação.</p><p>4)</p><p>Um aluno está realizando o experimento de Reynolds com a válvula que controla a água</p><p>totalmente aberta. O regime sendo observado era o turbulento.</p><p>Ao fechar quase totalmente válvula de água, o que o aluno deve observar?</p><p>A) O regime irá se manter turbulento, porque o experimento já teria começado;</p><p>B) O corante irá acumular no fundo da tubulação;</p><p>C) O regime irá se modificar de turbulento para regime laminar.</p><p>5)</p><p>Um aluno que está realizando um experimento de Reynolds na bancada em regime</p><p>turbulento, fechou completamente a válvula de corante. O que irá acontecer com o fluxo?</p><p>A) O fluxo irá se tornar laminar;</p><p>B) Nada irá acontecer com o fluxo, apenas o aluno não irá conseguir perceber qual é o tipo de</p><p>escoamento;</p><p>C) O escoamento irá se tornar mais turbulento.</p><p>Atividade</p><p>Responda as questões da seção “Avaliação dos Resultados” do “Roteiro” e anexe aqui o seu</p><p>relatório.</p>