Experiência Aberta – Bolha de Taylor Roteiro
A Bolha de Taylor se caracteriza por um regime bifásico do tipo Slug Flow em tubo cilíndrico, quando a bolha, de fluido mais leve (gás ou líquido não miscível), chega a ser grande a ponto de tomar o formato cilíndrico nas laterais devido à parede do tubo, deixando um filme do fluido mais denso nas paredes.
Figura 1 – 1 – Esquema Esquema representativo do escoamento com bolha de Taylor
O experimento tem como objetivo analisar algumas das variáveis que interferem no escoamento neste regime, e estas são: 1 – Altura – Altura da Bolha; 2 – Diâmetro – Diâmetro do tubo; 3 – Densidade – Densidade do fluido.
Os materiais necessários para esse experimento são: 1 – Três – Três tubos transparentes (de acrílico) com diâmetros diferentes, de pelo menos 1,5 metro de comprimento; 2 – Cronômetro; – Cronômetro; 3 – Fita – Fita Métrica; 4 – Água; – Água; 5 – Glicerina; – Glicerina; 6 – Câmera – Câmera de Vídeo (opcional).
Para analisar essas variáveis, são propostos os seguintes experimentos:
1 – Virar tubo com bolha de ar
O procedimento é simples, basta encher o tubo com o líquido, deixando um volume controlado de ar no topo e subitamente virar o tubo ao contrário (com as extremidades tampadas) e calcular o tempo de ascendência entre um ponto inicial do tubo (depois da extremidade, uma vez que a bolha começa a subir enquanto virarmos o tubo), ativar o cronômetro precisamente entre as marcações iniciais e finais. A câmera auxilia para essas medições, uma vez que podemos precisamente medir sua velocidade com a variação quadro a quadro, já que é controlável o FPS, ou número de quadros por segundo (Frames per Second ). Para variarmos a altura da bolha, selecionamos três volumes iniciais de ar. Para variarmos a densidade do tubo, usamos diferentes proporções de água e glicerina (por exemplo: 100% água, 100% glicerina e 50% em volume de cada).
2 – Abrir o tubo na parte inferior
Caso o experimento 1 apresente erros muito significativos, este experimento não envolve a rotação do tubo, portanto tende a possuir menor erro associado. Consiste em tampar a extremidade inferior do tubo com uma placa e, embaixo dessa placa, alinhar mais um pedaço de tubo, este tapado embaixo e, subitamente retirarmos a placa entre os dois trechos. Assim, o ar embaixo sobe e temos o mesmo descrito anteriormente. As variáveis serão medidas da mesma forma descrita no item anterior, com exceção da altura da bolha, que variará com o tamanho do tubo menor, alinhado abaixo da placa em questão.
3 – Escoamento com água e óleo
Este experimento é um teste opcional, que podemos fazer o mesmo experimento com óleo no lugar do ar. Com ele, é possível que tenhamos melhor precisão nas medidas, uma vez que o óleo é muito mais denso que o ar e, portanto, espera-se que a bolha suba mais lentamente, o que facilita as medidas. O procedimento deve ser feito conforme o item 1, trocando apenas o espaço deixado com ar por óleo. Espera-se que o erro associado seja menor, portanto o experimento 1 será suficiente.
