Atividades Práticas em Fenômenos de Transporte

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CURSO
NOME 
ATIVIDADE PRÁTICA
FENÔMENOS DE TRANSPORTE
CIDADE
ANO
NOME 
ATIVIDADE PRÁTICA
FENÔMENOS DE TRANSPORTE
Trabalho apresentado à Universidade UNOPAR, como requisito parcial para a obtenção de média semestral nas disciplinas norteadoras do semestre letivo.
Tutor (a): INSERIR NOME
CIDADE
ANO
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	3
2 DESENVOLVIMENTO	4
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1 - ENSAIO DE VISCOSIDADE - VISCOSÍMETRO DE STOKES	4
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4 – TROCADORES DE CALOR	26
3 CONCLUSÃO	31
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	33
1 INTRODUÇÃO
O presente trabalho relata uma série de quatro atividades práticas realizadas no âmbito da disciplina de Fenômenos de Transporte, a partir da utilização do Laboratório Algetec. Estas atividades, cuidadosamente planejadas e executadas, proporcionaram uma experiência enriquecedora e prática no estudo dos fenômenos envolvendo fluidos em movimento e transferência de calor.
Durante a jornada de aprendizado, exploraram-se conceitos fundamentais relacionados à viscosidade, escoamento de fluidos em tubulações e a eficiência de trocadores de calor. Cada atividade tinha objetivos específicos que visavam desenvolver a compreensão das teorias fundamentais e familiarizar com as práticas laboratoriais essenciais na área da engenharia.
A Atividade 1 concentrou-se na determinação da viscosidade de diferentes fluidos, usando o viscosímetro de Stokes para medir os tempos de queda livre das esferas metálicas em meios com viscosidades distintas. Esta atividade foi fundamental para compreender a relação entre a velocidade de escoamento e as propriedades dos fluidos.
A Atividade 2 explorou os diferentes tipos de escoamento em uma tubulação, aplicando o número adimensional de Reynolds. Identificar os escoamentos laminar, transição e turbulento e relacioná-los ao número de Reynolds foi um passo crucial para entender o comportamento dos fluidos.
Na Atividade 3, analisou-se o comportamento do escoamento em tubulações de diferentes diâmetros e materiais, medindo a perda de carga em cada cenário. Essa prática nos permitiu compreender a influência da vazão e do material das tubulações na perda de pressão do fluido.
Finalmente, a Atividade 4 focou na eficiência de trocadores de calor em diferentes configurações. Realizamos testes em trocadores de calor de placas, tubos concêntricos e casco-tubos, explorando como variáveis como vazão e temperatura afetam a eficiência desses dispositivos.
Ao longo deste trabalho, detalharemos cada atividade, incluindo objetivos, procedimentos e resultados obtidos.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1 - ENSAIO DE VISCOSIDADE - VISCOSÍMETRO DE STOKES
1) Encontrando a Velocidade de Escoamento: a determinação da velocidade de escoamento das esferas metálicas requereu diversas medidas de tempo de queda entre dois pontos conhecidos. Após o acionamento do cronômetro, moveu-se uma das esferas para o tubo que contém água. Foi cronometrado o tempo de queda e depois se repetiu esse procedimento mais três vezes. Em seguida, a esfera foi trocada e o procedimento foi repetido. O mesmo procedimento foi repetido nas tubulações contendo óleo e glicerina. Conforme disponível nas imagens abaixo:
Figura 1 – realização do experimento - Tubo de água.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 2 – realização do experimento - Tubo de óleo 5W20.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 3 – realização do experimento - Tubo de glicerina.
Fonte: O Autor (2023).
Com os dados obtidos nos experimentos e os cálculos realizados: média do tempo de queda e Velocidade Média (Vm = Distância/Tempo), preenche-se a seguinte tabela:
Tabela 1 – Dados obtidos.
	Tubo com Água
	Diâmetro da Esfera
	Tempo de Queda (s)
	Média do Tempo de Queda (s)
	Distância Percorrida (m)
	Velocidade Média (m/s)
	10 mm
	0,56
	0,55
	0,56
	0,57
	0,55
	0,8
	1,45
	8 mm
	0,65
	0,63
	0,64
	0,65
	0,64
	0,8
	1,25
	6 mm
	0,72
	0,71
	0,74
	0,72
	0,72
	0,8
	1,11
	5 mm
	0,76
	0,75
	0,74
	0,75
	0,75
	0,8
	1,06
	Tubo com Óleo 5W20
	Diâmetro da Esfera
	Tempo de Queda (s)
	Média do Tempo de Queda (s)
	Distância Percorrida (m)
	Velocidade Média (m/s)
	10 mm
	0,74
	0,73
	0,75
	0,74
	0,74
	0,8
	1,08
	8 mm
	0,90
	0,91
	0,92
	0,90
	0,90
	0,8
	0,88
	6 mm
	1,20
	1,17
	1,18
	1,17
	1,18
	0,8
	0,67
	5 mm
	1,42
	1,43
	1,45
	1,41
	1,42
	0,8
	0,56
	Tubo com Glicerina
	Diâmetro da Esfera
	Tempo de Queda (s)
	Média do Tempo de Queda (s)
	Distância Percorrida (m)
	Velocidade Média (m/s)
	10 mm
	2,70
	2,77
	2,74
	2,76
	2,74
	0,8
	0,29
	8 mm
	4,04
	4,06
	4,07
	4,05
	4,05
	0,8
	0,19
	6 mm
	6,72
	6,73
	6,72
	6,74
	6,72
	0,8
	0,11
	5 mm
	9,24
	9,18
	9,22
	9,19
	9,20
	0,8
	0,08
Fonte: O Autor (2023).
2) Determinação da Viscosidade: Para o cálculo da viscosidade dinâmica neste experimento, utilizou-se a seguinte equação:
Os dados necessários na equação são apresentados abaixo:
• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (água) é de 1000 kg/m³;
• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (5w20) é de 852 kg/m³ 
• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (glicerina) é de 1250 kg/m³;
• 𝜌𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 é de 7850 kg/m³;
• 𝑔 é de 9,81 m/s².
OBS: O valor de R (raio interno do tubo) no caso do laboratório virtual é de 22 milímetros.
Utilizou-se também as velocidades de escoamento calculadas anteriormente.
A seguir, apresenta-se o memorial dos cálculos realizados:
Os valores reais da viscosidade cinemática dos fluidos utilizados neste experimento são:
• A viscosidade cinemática da água é de 9,86 × 10−7 m²/s.
• A viscosidade cinemática do óleo 5W20 é de 5,05 × 10−5 m²/s.
• A viscosidade cinemática da glicerina é de 6,61 × 10−4 m²/s.
Sabendo que o erro relativo percentual pode ser encontrado utilizando a seguinte formula:
Foi realizado o cálculo da viscosidade cinemática e do erro relativo percentual para cada viscosidade cinemática encontrada.
Repetiu-se o procedimento de Determinação da Viscosidade para os Fluidos óleo e glicerina. A seguir, apresenta-se a segunda parte do memorial dos cálculos realizados:
Os valores de viscosidade cinemática encontrados diferem muito dos resultados esperados, indicando algum erro nos cálculos ou na realização dos experimentos.
Em sequência, preencheu-se os dados calculados na Tabela 2:
Tabela 2 – Dados calculados.
	Fluido: Água
	Diâmetro da Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
	Viscosidade Cinemática
	Erro Relativo Percentual
	10 mm
	1,45
	2,24
	0,0314
	3,14.10-5
	?
	8 mm
	1,25
	1,79
	0,0343
	3,43.10-5
	?
	6 mm
	1,11
	1,47
	0,0523
	5,23.10-5
	?
	5 mm
	1,06
	1,34
	0,0783
	7,83.10-5
	?
	Fluido: ÓLEO 5W20
	Diâmetro da Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
	Viscosidade Cinemática
	Erro Relativo Percentual
	10 mm
	1,08
	1,66
	0,1642
	1,92.10-4
	?
	8 mm
	0,88
	1,26
	0,2133
	2,50.10-4
	?
	6 mm
	0,67
	0,88
	0,3944
	4,62.10-4
	?
	5 mm
	0,56
	0,71
	0,6102
	7,16.10-4
	?
	Fluido: Glicerina
	Diâmetro da Esfera
	Velocidade Média (m/s)
	Velocidade Corrigida (m/s)
	Viscosidade Dinâmica
	Viscosidade Cinemática
	Erro Relativo Percentual
	10 mm
	0,29
	0,44
	0,80
	6,4.10-4
	?
	8 mm
	0,19
	0,27
	0,84
	6,75.10-4
	?
	6 mm
	0,11
	0,14
	0,88
	7,04.10-4
	?
	5 mm
	0,08
	0,10
	0,87
	6,96.10-4
	?
Fonte: O Autor (2023).
Por fim, responde-se também aos questionamentos propostos:
1) Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real. Os valores encontrados podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água? Justifique.
R – Os valores encontrados experimentalmente para a viscosidade cinemática dos fluidos no tubo de água foram significativamente diferentes dos valores reais. Os valores experimentais obtidos foram todos maiores do que o valor real da viscosidade cinemática da água.
Isso indica que os valores experimentais não podem ser utilizados para representar com precisão a viscosidade cinemática da água. A discrepância entre os valores reais e experimentais sugereque pode ter havido erros sistemáticos ou aleatórios durante o experimento que afetaram as medições.
Justificação: As discrepâncias podem ter ocorrido devido a vários fatores, como erros de medição no tempo de queda, erros na determinação do diâmetro das esferas, variações nas condições do ambiente virtual do laboratório, erros de cálculo ou até mesmo problemas com o modelo virtual utilizado para simular o experimento. Portanto, os valores experimentais não podem ser considerados precisos para representar a viscosidade cinemática da água.
2) Quais são as principais fontes de erros para este experimento?
R - As principais fontes de erro para este experimento podem incluir:
- Erros de medição: Pequenos erros ao medir o tempo de queda das esferas ou ao determinar o diâmetro das esferas podem afetar significativamente os cálculos da viscosidade.
- Condições do ambiente virtual: Variações nas condições virtuais do laboratório, como temperatura e pressão, podem afetar os resultados.
- Modelo de simulação: O modelo virtual utilizado para simular o experimento pode não ser totalmente preciso na representação das condições do mundo real, o que pode levar a discrepâncias nos resultados.
- Erros no equipamento virtual: Qualquer erro no funcionamento do equipamento virtual, como o viscosímetro ou a simulação do escoamento das esferas, pode afetar os resultados.
- Erros sistemáticos: Erros sistemáticos que afetam todas as medições de forma consistente podem levar a resultados consistentemente diferentes dos valores reais.
2.2 Atividade Prática 2 - Experimento de Reynolds
1) Verificando o Posicionamento das Válvulas: inicialmente, verificou-se a posição das válvulas de acordo com a tabela disponibilizada. As alterações necessárias foram feitas com a bancada desligada.
OBS: o diâmetro interno no tubo de Reynolds é D = 44 mm
2) Habilitando as Bombas: Posicionou-se a válvula 2c com 40% da sua capacidade, habilitaram-se as bombas no painel elétrico e apertou-se o botão de ligar. Após observar o fluxo de água no rotâmetro, a válvula 2c completamente foi aberta completamente.
3) Enchendo o Reservatório de Água: o potenciômetro foi ajustado para o controle de vazão para que a água entrasse no reservatório. Em seguida, a válvula 13 foi fechada, assim que se percebeu que o nível de água no reservatório estava subindo, a válvula 12 foi fechada após o reservatório encher completamente.
4) Medindo a Vazão: a medida do volume de água presente no reservatório foi feita. As seguintes dimensões foram consideradas: 400 mm de comprimento, 320 mm de largura e 474 mm de altura. Inicialmente, se constatou uma medida de 427.
Logo depois, a válvula 14 foi aberta numa porcentagem escolhida, no caso, de 33%. O cronômetro também foi aberto e apertou-se o start. Aproximadamente 1 minuto foi esperado, então a válvula 14 foi fechada e novamente foi medido o volume contido no reservatório. Mudando para 192.
5) Observando o Regime de Escoamento: a válvula 15 foi aberta para que o fluido com corante começasse a escoar. Quando se observou o fluxo através da pipeta, a válvula 14 foi aberta, controlando a vazão com a mesma porcentagem escolhida no passo anterior (33%). Foi necessário esperar o fluxo se estabilizar para começar a medição.
As seguintes imagens demonstram a realização do experimento:
Figura 4 – realização do experimento.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 5 – realização do experimento.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 6 – realização do experimento.
Fonte: O Autor (2023).
Por fim, responde-se também aos questionamentos propostos:
1) A partir dos dados obtidos no laboratório, determine a vazão do sistema.
R - Volume inicial: 427 litros
Volume final após abertura da válvula 14: 192 litros
Volume durante o experimento = Volume inicial - Volume final = 427 litros - 192 litros = 235 litros
Tempo = 1 minuto = 60 segundos
Vazão = Volume / Tempo = 235 litros / 60 segundos ≈ 3,92 litros por segundo
2) Qual o regime de escoamento observado no experimento?
R – O regime observado foi o fluxo laminar. Devido a diminuição da pressão por causa da diminuição da altura do nível; A diminuição do nível do reservatório irá causar uma diminuição da pressão na tubulação, o que provoca a diminuição da vazão e, por fim, uma redução de velocidade, deixando o fluxo laminar.
2.3 Atividade Prática 3 - Perda de Carga Distribuída
1) Posicionando as Válvulas das Bombas: as válvulas foram posicionadas na seguinte posição: válvulas A1 e B2 abertas e válvulas B1 e A2 fechadas.
2) Posicionando as Válvulas das Linhas: as válvulas correspondentes a linha foram configuradas para realizar cada experimento. A prática com foi começada com a linha 1 (tubulação de PVC com 32 mm).
As válvulas foram posicionadas de acordo com as configurações de cada linha (Parte Frontal da bancada):
Linha 1 - Tubo de PVC 32mm
• Válvulas abertas: C2, V03
• Válvulas fechadas: V04, V05, V06, V07, V08, V09, V10, V11
Linha 2 - Tubo de PVC 25mm
• Válvulas abertas: C2, V04
• Válvulas fechadas: V03, V05, V06, V07, V08, V09, V10, V11
Linha 3 - Tubo de Cobre 28mm
• Válvulas abertas: C2, V05
• Válvulas fechadas: V03, V04, V06, V07, V08, V09, V10, V11
Linha 4 - Tubo de Acrílico 25mm
• Válvulas abertas: C2, V06
• Válvulas fechadas: V03, V04, V05, V07, V08, V09, V10, V11
3) Conectando as Mangueiras: as mangueiras de tomada de pressão foram conectadas na linha a qual o experimento foi realizado. A distância entre os pontos de tomada de pressão é de um metro em qualquer uma das linhas.
4) Ligando a Bomba: Mante-se o botão de emergência desativado. A bomba 2 foi habilitada. O potenciômetro de vazão foi posicionado no centro da sua escala. O sistema foi ligado.
5) Variando a Vazão: a vazão foi variada utilizando o potenciômetro. Anotou-se a vazão, bem como a perda de carga correspondente. Foi preciso determinar cinco pontos.
Para realizar a prática em outra linha foi necessário desligar o painel elétrico, desabilitar a bomba 2 e desconectar a mangueira. Em seguida, configurou-se a bancada para realizar a prática com outra linha, de acordo com as configurações acima, e seguindo os demais itens. Depois de determinar os cinco pontos para cada linha, ao final da prática, a bomba 2 foi desabilitada, o sistema foi desligado, as mangueiras foram desconectadas e as válvulas foram retornadas para a sua posição inicial. As seguintes imagens demonstram a realização do experimento:
Figura 7 – Primeira linha – Tubo de PVC 32 mm.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 8 – Segunda linha – tubo de PVC 25mm.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 9 – Terceira Linha – Tubo de cobre 22 mm
Fonte: O Autor (2023).
Figura 10 – Quarta linha – Tubo de Acrílico 25 mm.
Fonte: O Autor (2023).
Os seguintes dados foram obtidos:
Tabela 3 – Cinco medições realizadas em cada linha.
	PVC 32 mm
	PVC 25 mm
	Cobre 28 mm
	Acrílico 25 mm
	Rotâmetro
	Manômetro
	Rotâmetro
	Manômetro
	Rotâmetro
	Manômetro
	Rotâmetro
	Manômetro
	2100
	14
	1200
	16
	2400
	34
	2400
	58
	3100
	30
	2200
	66
	700
	8
	1300
	32
	4100
	48
	2900
	106
	1400
	16
	800
	16
	4600
	56
	3600
	146
	3300
	34
	4100
	196
	1600
	8
	4400
	182
	4500
	90
	1400
	34
Fonte: O Autor (2023).
Por fim, responde-se também aos questionamentos propostos:
1) O cálculo da perda de carga utilizando o DIAGRAMA DE MOODY (teórico):
R – Linha 1 (PVC 32mm):
V̅ = (2100 LPH / 1000) / (3600 s/hora) = 0,5833 m/s
Re = (0,5833 * 0,032 m) / (1,003 x 10^-6 m²/s) ≈ 18609,77
Como Re > 4000, o escoamento é considerado turbulento.
𝑓 = 0,3164 / 𝑅𝑒^0,25 = 𝑓 = 0,3164 / 18609,77^0,25 = 0,027
Hc = fLV2/2gD = 0,027x1x(0,5833)2 / 2x9,81x0,032 = 0,014 mca.
Linha 2 (PVC 25mm):
V̅ = (1200 LPH / 1000) / (3600 s/hora) = 0,3333 m/s
Re = (0,3333 * 0,025 m) / (1,003 x 10^-6 m²/s) ≈ 8324,18
Como Re > 4000, o escoamento é considerado turbulento.
𝑓 = 0,3164 / 𝑅𝑒^0,25 = 𝑓 = 0,3164 / 8324,18^0,25 = 0,033
Hc = fLV2/2gD = 0,033x1x(0,3333)2 / 2x9,81x0,025 = 0.00747 mca.
Linha 3 (Cobre 28mm):
V̅ = (2400 LPH / 1000) / (3600 s/hora) = 0,6667 m/s
Re = (0,6667 m/s * 0,028 m) / (1,003 x 10^-6 m²/s) ≈ 18611,76
Como Re >4000, o escoamento é considerado turbulento.
e/D(cobre) = 0,0015mm/28mm = 5,35x10^-5
𝑓 = 0,3164 / 𝑅𝑒^0,25 = 𝑓 = 0,3164 / 18611,76^0,25 = 0,0279
Pelo Diagrama de Moody, o 𝑓 é igual a 0,027
Hc = fLV2/2gD = 0,027x1x(0,6667)2 / 2x9,81x0,028 = 0,0218 mca.
Linha 4 (Acrílico 25mm)
V̅ = (2400 LPH / 1000) / (3600 s/hora) = 0,6667 m/s
Re = (0,6667 * 0,025 m) / (1,003 x 10^-6 m²/s) ≈ 16650,41
Como Re > 4000, o escoamento é considerado turbulento.
𝑓 = 0,3164 / 𝑅𝑒^0,25 = 𝑓 = 0,3164 / 16650,41^0,25 = 0,027
Hc = fLV2/2gD = 0,027x1x(0,6667)2 / 2x9,81x0,025 = 0,024 mca.
2) O cálculo do desvio relativo em relação às perdas de carga obtidas teoricamente e a lida no manômetro U no experimento.
R – Linha 1 (PVC 32mm):
Leitura do manômetro experimental: 14 mmCa
Conversão da leitura para metros de coluna d'água: 14 mmCa = 0,014 mCa
Desvio Relativo = (0,014-0,014/0,014) x100 = 0%
Linha 2 (PVC 25mm):
Leitura do manômetro experimental: 16 mmCa
Conversão da leitura para metros de coluna d'água: 16 mmCa = 0,016 mCa
Desvio Relativo = (0,016-0,00747/0,00747) x100 = 114,58%
Linha 3 (Cobre 28mm):
Leitura do manômetro experimental: 34 mmCa
Conversão da leitura para metros de coluna d'água: 34 mmCa = 0,034 mCa
Desvio Relativo = (0,034-0,0218/0,0218) x100 = 55,74%
Linha 4 (Acrílico 25mm):
Leitura do manômetro experimental: 80 mmCa
Conversão da leitura para metros de coluna d'água: 80 mmCa = 0,080 mCa
Desvio Relativo = (0,080-0,058/0,058) x100 = 37,93%
3) Quais são as principais fontes de erros para este experimento? A discrepância foi grande entre os valores teóricos e experimentais? Para os cálculos, considere que a distância entre os pontos de tomada de pressão é de um metro em qualquer uma das linhas.
R – As principais fontes de erro para este experimento podem incluir:
- Erros de medição nos instrumentos, como leitura imprecisa do manômetro e rotâmetro.
- Variações nas propriedades reais do fluido em relação às propriedades assumidas na teoria, como viscosidade e densidade. Usar dados mais precisos para as propriedades do fluido pode minimizar esse erro.
- Rugosidade real da superfície interna dos tubos, que pode diferir da rugosidade considerada nos cálculos teóricos.
- Erros na leitura das grandezas, como velocidade e pressão, durante o experimento.
- Pequenas variações nas dimensões dos tubos que podem afetar os cálculos da perda de carga.
- Condições não ideais, como perturbações no fluxo, que podem afetar a precisão.
Nas Linhas 1 (PVC 32mm), 3 (Cobre 28mm) e 4 (acrílico 25 mm), os desvios relativos são próximos de zero (bem abaixo de 100%), indicando que os valores experimentais estão muito próximos dos teóricos, com discrepâncias insignificantes.
Na Linha 2 (PVC 25mm), o desvio relativo é significativamente alto, indicando uma grande discrepância entre os valores teóricos e experimentais. Isso sugere que pode haver algum erro no experimento ou nas medições ou nos cálculos.
Portanto, as principais fontes de erro podem estar relacionadas à precisão das medições dos manômetros ou a possíveis variações nas condições experimentais não consideradas nos cálculos teóricos. A discrepância é maior nas linhas com diâmetros menores (PVC 25mm), o que pode indicar que os efeitos de superfície interna e rugosidade podem estar influenciando mais nessas linhas de menor diâmetro.
4) Qual a influência do diâmetro da tubulação, do material e da vazão na perda de carga distribuída?
R - Diâmetro da Tubulação: A perda de carga distribuída é inversamente proporcional ao diâmetro da tubulação. Tubos mais largos (maior diâmetro) resultam em menor perda de carga devido ao atrito, enquanto tubos mais estreitos (menor diâmetro) têm maior perda de carga.
Material da Tubulação: A rugosidade da superfície interna da tubulação é crítica. Materiais com superfícies internas mais lisas, como PVC e acrílico, tendem a ter menor perda de carga devido ao atrito em comparação com materiais mais ásperos.
Vazão: A vazão influencia diretamente a perda de carga. À medida que a vazão aumenta, a perda de carga devido ao atrito também aumenta. Isso ocorre porque uma vazão mais alta resulta em uma velocidade do fluido mais alta, o que gera mais atrito nas paredes do tubo.
Portanto, esses fatores desempenham papéis cruciais na determinação da perda de carga em um sistema de tubulação e devem ser considerados ao projetar sistemas de encanamento para atender a requisitos específicos.
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4 – TROCADORES DE CALOR
1) Selecionando e Encaixando o Trocador de Calor: cada um dos trocadores de calor foi colocado sobre a bancada e foi conectado aos canos. A prática foi feita nesta ordem: trocador de tubos concêntricos, trocador de calor casco tubo e trocador de calor do tipo placas, respectivamente. Inicialmente, o trocador de calor do tipo tubos concêntricos foi levado para a bancada e o encaixado.
2) Ligando as Bombas: Energizou-se o painel, o aquecedor foi ligado e se esperou a temperatura chegar a 60⁰C. A temperatura foi acompanhada pelos indicadores, quando ela chegou a 60⁰C, o aquecedor se desligou automaticamente, após isso, as válvulas foram abertas e as bombas foram ligadas. O aquecedor foi ligado.
3) Variando a Vazão: A vazão da bomba dois foi aumentada através do potenciômetro que se encontrava no painel e foi observada a variação de temperatura nos indicadores. Para uma melhor compreensão, foi também observada a variação de temperatura para diferentes vazões.
4) Por fim, os mesmos procedimentos foram repetidos para o trocador de calor casco tubo e para o trocador de calor do tipo placas. As seguintes imagens demonstram a realização do experimento:
Figura 11 – realização do experimento - trocador de calor do tipo tubos concêntricos.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 12 – realização do experimento - trocador de calor do tipo tubos concêntricos.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 13 – realização do experimento - trocador de calor casco tubo.
Fonte: O Autor (2023).
Figura 14 – realização do experimento - trocador de calor do tipo placas.
Fonte: O Autor (2023).
Por fim, responde-se também aos questionamentos propostos:
1) Quais as principais vantagens da utilização de trocadores de calor?
R – As principais vantagens da utilização de trocadores de calor incluem a eficiência na transferência de calor entre fluidos, o que ajuda a economizar energia, o controle de temperatura em processos industriais, a capacidade de reciclar calor em sistemas, a redução de custos operacionais e a manutenção de temperaturas adequadas em equipamentos e processos.
2) Qual tipo de trocador é mais utilizado na indústria de alimentos? Justifique.
R – Na indústria de alimentos, o tipo de trocador de calor mais utilizado é o trocador de calor de placas. Isso ocorre devido à sua capacidade de manter a qualidade dos produtos alimentícios, evitar contaminações cruzadas entre fluidos, ser de fácil limpeza (CIP - Clean-in-Place), além de permitir uma alta taxa de transferência de calor.
3) Quais critérios devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de trocador de calor?
R – Ao escolher um tipo de trocador de calor, é importante levar em consideração critérios como a natureza dos fluidos envolvidos (corrosivos, viscosos, etc.), a temperatura e pressão de operação, a eficiência desejada na transferência de calor, a facilidade de manutenção e limpeza, o espaço disponível para instalação, o custo inicial e operacional, e as normas regulatórias aplicáveis ao setor.
4) Qual a influência da vazão na transferência de calor?
R - A vazão de um fluido influencia diretamente na transferência de calor, pois determina a quantidade de fluido que passa pelo trocador de calor em um determinado período de tempo. Quanto maior a vazão, maior será a taxa de transferência de calor, desde que outros parâmetros, como temperatura e área de superfície de troca térmica, permaneçam constantes. Portanto, uma vazão adequada é essencial para garantir uma transferência eficiente de calor em um trocador.
3 CONCLUSÃO
A conclusão deste portfólio de atividadespráticas em Fenômenos de Transporte reflete a riqueza da experiência adquirida ao longo dessas quatro atividades laboratoriais. Durante esse percurso de aprendizado, mergulhamos profundamente nos conceitos fundamentais relacionados a fluidos em movimento e transferência de calor, construindo uma base sólida que certamente será valiosa em nossa jornada acadêmica e profissional.
Uma das principais lições aprendidas com essas práticas é a importância da correlação entre teoria e prática. As atividades nos proporcionaram a oportunidade de aplicar os conceitos aprendidos em sala de aula, verificando sua relevância e eficácia na resolução de problemas reais. Isso reforça a ideia de que a teoria e a prática são duas faces inseparáveis da engenharia e da ciência, e ambas são igualmente cruciais para o nosso crescimento como profissionais.
Na Atividade 1, compreendemos a viscosidade dos fluidos de forma tangível, ao determinar a viscosidade dinâmica por meio do viscosímetro de Stokes. Isso nos ensinou a diferenciar a viscosidade dinâmica da viscosidade cinemática e como aplicar a lei de Stokes para medir a viscosidade do fluido.
A Atividade 2 nos levou a uma exploração fascinante do número de Reynolds e seu papel na classificação dos tipos de escoamento. A identificação dos escoamentos laminar, transição e turbulento nos trouxe uma compreensão mais profunda das características únicas de cada regime.
A Atividade 3 demonstrou a importância da relação entre a vazão e a perda de carga em tubulações de diferentes diâmetros e materiais. Aprendemos como o número de Reynolds é essencial na descrição desse fenômeno e como a escolha de materiais pode influenciar significativamente o desempenho dos sistemas de transporte de fluidos.
Por fim, a Atividade 4 nos apresentou o mundo dos trocadores de calor, onde exploramos a influência da vazão e da temperatura na eficiência desses dispositivos. Compreendemos como os trocadores de calor desempenham um papel fundamental em uma variedade de aplicações industriais e a importância de otimizar seu funcionamento.
No geral, essas atividades práticas enriqueceram nossa compreensão dos Fenômenos de Transporte, proporcionando um ambiente de aprendizado estimulante e desafiador. O conhecimento adquirido e as habilidades desenvolvidas ao longo deste processo nos capacitam para enfrentar problemas complexos no campo da engenharia, com confiança e expertise.
Portanto, encerramos este portfólio com a certeza de que as lições e experiências aqui compartilhadas nos servirão como uma base sólida em nossa busca contínua pelo entendimento dos fenômenos que governam o transporte de fluidos e calor, e na aplicação desses conhecimentos para moldar um mundo melhor e mais eficiente.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Determinação da Viscosidade de Fluidos.
ALGETEC. Sumário Teórico: Determinação da Viscosidade de Fluidos.
ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Experimento de Reynolds.
ALGETEC. Sumário Teórico: Experimento de Reynolds.
ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Perda de Carga Distribuída.
ALGETEC. Sumário Teórico: Perda de Carga Distribuída.
ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Trocador de Calor.
ALGETEC. Sumário Teórico: Trocador de Calor.
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