Relatório Fenômeno de Transporte

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Relatorio final - Fenomeno de transporte
Fenômenos de Transporte (Universidade Norte do Paraná)
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Relatorio final - Fenomeno de transporte
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UNIVERSIDADE NORTE DO PARANÁ 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
 
 
 
NOME DO ALUNO: 
VIVIAN MONTEIRO DOS REIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA 
FENOMENO DE TRANSPORTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGUA AZUL DO NORTE – PA 
2024 
 
 
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INTRODUÇÃO 
Atividades práticas realizadas em ambiente virtual por meio de Software da 
ALGETEC Laboratórios Virtuais. Nos quais se teve a possibilidade de operar os 
equipamentos do Laboratório Virtual para investigar os seguintes conceitos: 
 Estática dos fluidos - também chamada de hidrostática, é um ramo da 
mecânica dos fluidos que estuda os fluidos em repouso. 
 Cinemática dos Fluidos - também chamada de hidrodinâmica, é um ramo da 
mecânica dos fluidos que estuda os fluidos em movimento. A hidrodinâmica é 
dividida em duas grandes áreas de estudo: a hidráulica, que estuda os 
líquidos em movimento, e a aerodinâmica, que estuda os gases em 
movimento. 
 Perda de Carga em um Escoamento Interno - A perda de carga localizada 
ocorre em locais ou em singularidades em que o escoamento sofre 
perturbações bruscas. Essa perda de carga decorre dos efeitos de atrito e do 
gradiente adverso de pressão que acontece quando o fluido atravessa as 
singularidades inseridas no sistema. 
 Radiação - É a energia emitida por fontes naturais ou artificiais que percorre 
o espaço por meio de ondas eletromagnéticas ou partículas. 
 Trocadores de Calor – Os trocadores de calor são equipamentos usados 
para promover a transferência de calor entre fluidos a diferentes 
temperaturas, que se encontram separados por uma parede sólida. São 
classificados de acordo com o arranjo do escoamento e o tipo de construção. 
 
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ATIVIDADE 01 
ESTÁTICA DOS FLUIDOS – VISCOSÍMETRO DE STOKES 
Procedimentos realizados: 
ITEM DESCRIÇÃO FOTO 
1 
Inicialmente, são apresentados os 
materiais e equipamentos que farão 
parte do experimento prático. 
São eles: 
1. Esfera de 5 mm; 
2. Esfera de 6 mm; 
3. Esfera de 8 mm; 
4. Esfera de 10 mm; 
5. Cronômetro; 
6. Tubo com água; 
7. Tubo com óleo 5W20; 
8. Tubo com glicerina; 
2 Vista superior das esferas 
 
3 
Vista frontal do topo dos tubos, onde o 
experimento consistirá em soltar as 
esferas de diferentes diâmetros em 
cada um dos tubos, afim de avaliar a 
viscosidade dos materiais 
 
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4 
O primeiro teste consistiu em realizar 
por três vezes, para cada tamanho de 
esfera a soltura da mesma no tubo de 
água, e cronometrar o tempo de 
descida do topo ao fundo. Depois, o 
mesmo teste foi feito para o óleo e 
posterior para a glicerina. 
 
5 
Cronômetro desligado e esferas na 
bancada. 
 
 
VELOCIDADE DE ESCOAMENTO 
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 1,10 1,00 1,09 1,07 1,07 0,9 0,8411 
8 mm 1,00 1,02 1,03 0,99 1,01 0,9 0,8910 
6 mm 1,21 1,28 1,25 1,22 1,24 0,9 0,7258 
5 mm 1,22 1,15 1,14 1,19 1,17 0,9 0,7692 
Tabela 1 – Dados experimentais da água 
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 1,15 1,20 1,22 1,16 1,18 0,9 0,7627 
8 mm 1,50 1,53 1,49 1,55 1,51 0,9 0,5960 
6 mm 1,90 1,81 1,85 1,89 1,86 0,9 0,4838 
5 mm 2,19 2,15 2,11 2,17 2,15 0,9 0,4186 
Tabela 2 – Dados experimentais da Tubo com óleo 5w20 
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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 3,88 3,86 3,94 3,89 3,89 0,9 0,2313 
8 mm 5,57 5,59 5,52 5,56 5,56 0,9 0,1618 
6 mm 8,82 8,86 8,91 8,87 8,86 0,9 0,1015 
5 mm 11,98 11,95 12,01 11,99 11,98 0,9 0,0751 
Tabela 3 – Dados experimentais da glicerina 
 
DETERMINANDO A VISCOSIDADE 
Fluido: Água 
Diâmetro da 
esfera 
Velocidade 
média (m/s) 
Velocidade 
Corrigida 
(m/s) 
Viscosidade 
Dinâmica 
Viscosidade 
Cinemática 
Erro Relativo 
Percentual 
10 mm 0,8411 1,2998 0,2872 0,0002872 29027,78 
8 mm 0,8910 1,2798 0,1866 0,0001866 18824,94 
6 mm 0,7258 0,9633 0,1395 0,0001395 14048,07 
5 mm 0,7692 0,9789 0,3813 0,0003813 38571,39 
Tabela 4 – Dados para Análise da água 
Fluido: Óleo 5w20 
Diâmetro da 
esfera 
Velocidade 
média (m/s) 
Velocidade 
Corrigida 
(m/s) 
Viscosidade 
Dinâmica 
Viscosidade 
Cinemática 
Erro Relativo 
Percentual 
10 mm 0,7627 1,1780 0,3237 0,0003799 652,27 
8 mm 0,5960 0,8560 0,2851 0,0003346 562,57 
6 mm 0,4838 0,6421 0,2138 0,0002509 369,83 
5 mm 0,4186 0,5327 0,1718 0,0002016 299,20 
Tabela 5 – Dados para Análise da óleo 5w20 
 
Fluido: Glicerina 
Diâmetro da 
esfera 
Velocidade 
média (m/s) 
Velocidade 
Corrigida 
(m/s) 
Viscosidade 
Dinâmica 
Viscosidade 
Cinemática 
Erro Relativo 
Percentual 
10 mm 0,2313 0,3574 1,0064 0,0008051 21,80 
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8 mm 0,1618 0,2324 0,9905 0,0007924 19,87 
6 mm 0,1015 0,1347 0,9613 0,0007694 16,39 
5 mm 0,0751 0,0955 0,9039 0,0007231 9,39 
Tabela 6 – Dados para Análise da Glicerina 
 
Avaliando os resultados 
1 - Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma 
experimental com o valor da viscosidade cinemáticareal. Os valores encontrados da 
tabela 4, podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água? 
Justifique. 
R.: Os resultados obtidos no experimento não devem ser considerados em 
função do erro percentual ser muito grande. Observa-se que esses parâmetros 
são afetados por variações de viscosidade, diâmetro e velocidade de 
escoamento. 
2 - Quais são as principais fontes de erros para este experimento? 
R.: Possíveis erros de cronometragem provocam desvios de precisão dos 
cálculos do início ao final do experimento. A massa da esfera também é um 
fator determinante de modo que as esferas maiores apresentaram erros 
relativos percentuais maiores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ATIVIDADE 02 
CINEMÁTICA DOS FLUIDOS – EXPERIMENTO DE REYNOLDS 
Procedimentos realizados: 
ITEM DESCRIÇÃO FOTO 
1 
Inicialmente, a 
bancada foi ajustada 
de acordo com a 
tabela 
“CONDIÇÕES DE 
VÁLVULAS” 
 
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2 
Depois, as bombas 
foram habilitadas e o 
painel foi ligado. Com 
isso, iniciou-se a 
avaliação da 
passagem de água 
pelo rotâmetro 
3 
Com 40% de abertura 
da válvula 2C, temos 
2900 LPH de vazão. 
 
4 
Seguindo o 
experimento, é 
realizada a abertura da 
válvula 2C 
completamente, 
atingindo 5000 LPH de 
vazão. Nessa análise, 
vemos a capacidade 
de estragulamento da 
vazão, causado pela 
válvula. Ali temos a 
chamada perda de 
carga. 
 
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5 
Posterior, foi feita a 
manobra para encher 
o volume do tanque de 
água. Chegou-se ao 
volume inicial de 0,056 
m³, com altura “h” igual 
à 443 mm 
 
6 Com 4% de abertura, 
temos regime laminar. 
 
7 Com 8%, ainda temos 
regime laminar. 
 
8 
Com 33%, temos um 
regime turbulento, com 
fluxo descontínuo. 
 
 
Avaliando os resultados 
1 - A partir dos dados obtidos no laboratório, determine a vazão do sistema. 
R.: ho = 443 mm hf = 396 mm Δh = 47 mm t = 64 segundos Volume = 6,02.10^-3 
m³ 
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Q = V/t 
Q = 6,02.10^-3 m³ / 64 s 
Q = 9,4.10^-05 m³/s Ou Q=0,09 Litros/segundo. 
2 - Qual o regime de escoamento observado no experimento? 
R.: Até 8%, constatou-se regime laminar. Após isso, até 25% de Transição e 
após 25%, regime turbulento. 
 
ATIVIDADE 03 
PERDA DE CARGA EM UM ESCOAMENTO INTERNO – PERDA DE CARGA 
DISTRIBUIDA 
Procedimentos realizados: 
ITEM DESCRIÇÃO FOTO 
1 
Inicialmente, a bancada foi ajustada 
para o teste para o tubo de PVC de 
32mm. Na imagem, o manômetro 
está em destaque, através do pop 
up.6 mm; 
 
2 
Com Q=1800 L/h, encontrou-se 
uma perda de carga de H=100 
mmCA. Aumentando para 4600 L/h, 
obtivemos 56 mmCA. 
 
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3 
Repetiu-se os testes para as 
tubulações de PVC de 25 mm, de 
Cobre de 28 mm e de Acrílico de 
25mm. 
Os resultados serão 
disponibilizados na tabela 1 abaixo. 
 
 
 
Tabela 1 – Avaliação de resultados do experimento de Perda de Carga distribuída 
Avaliando os resultados 
1 - O cálculo da perda de carga utilizando o DIAGRAMA DE MOODY (teórico). 
R.: Tabela 1 
2 - O cálculo do desvio relativo em relação às perdas de carga obtidas teoricamente 
e a lida no manômetro U no experimento. 
R.: Tabela 1 
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 
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distância entre os pontos de tomada de pressão é de um metro em qualquer uma 
das linhas. 
R.: Podemos citar, o delay do potenciômetro em aplicar a variação de vazão. 
Temos um “gap” entre alguns pontos, o que influencia nos valores; podemos 
citar também o acabamento interno das tubulações (rugosidade) pois é 
desconsiderada a rugosidade em tubulações plásticas, porém caso não haja 
acabamento superficial correto, a rugosidade interfere na perda de carga. 
4 - Qual a influência do diâmetro da tubulação, do material e da vazão na perda de 
carga distribuída? plote os valores de Vazão x Perda de Carga utilizando um 
software gráfico para realizar esta análise. 
R.: De acordo com a Tabela 1, podemos avaliar a leitura da perda de carga 
entre os tubos de PVC de 32 e 25 mm. Ao analisar a primeira leitura, ambas 
estão com vazão ajustada em 1800 Litros/hora, porém a perda de carga no 
conduto de 32 mm é de 10 mmca, enquanto no de 25 mm é de 42 mmca. Ou 
seja, quanto maior o diâmetro, mais fácil é o escoamento de fluido, o que reduz 
a perda de carga. 
O gráfico abaixo, apresenta essa análise. 
 
 
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ATIVIDADE 04 
INTRODUÇÃO À RADIAÇÃO E TROCADORES DE CALOR - EXPERIMENTOS EM 
TROCADORES DE CALOR 
Procedimentos realizados: 
ITEM DESCRIÇÃO FOTO 
1 
Inicialmente, apresentemos os 
trocadores de calor que usaremos 
nesse experimento. 
Teremos: 
1. Tubos concêntricos; 2. Casco-
tubo; 
3. A placas. 
 
2 
Encaixamos primeiro o trocador tipo 
tubos concêntricos. 
 
3 
Depois liga-se as bombas até que a 
temperatura T5 atinja 60 °C. 
 
4 
Depois, varia-se a vazão e fazse 
algumas análises referente a 
variação de temperatura de acordo 
com a vazão. 
 
 
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Avaliando os resultados 
1 - Quais as principais vantagens da utilização de trocadores de calor? 
R.: Podemos citar: 
 Alta eficiência térmica no processo de transferência de calor; 
 Baixo custo de instalação; 
 Alta performance, com baixo volume retido; 
 Fácil desmontagem para manutenção; 
 Por ser um equipamento desmontável, permite o ajuste da capacidade 
do trocador adicionando ou removendo placas do equipamento. 
2 - Qual tipo de trocador é mais utilizado na indústria de alimentos? Justifique. 
R.: O modelo mais utilizado é o trocador de calor a placas, devido primeiro ao 
espaço reduzido que pode ser utilizado e principalmente pela facilidade de 
higienização que é fator crucial do processo produtivo em indústrias 
alimentícias. 
3 - Quais critérios devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de 
trocador de calor? 
R.: O layout físico disponível para instalação do trocador, o tipo de fluido que 
fará a troca térmica, a vazão do fluido, a temperatura de entrada e saída do 
fluido a ser resfriado, o LMTD (diferença de temperatura média logarítmica), 
número de passes, pressões de trabalho (entrada e saída). 
4 - Qual a influência da vazão na transferência de calor? 
R.: O aumento da vazão gera maior energia cinética entre as moléculas de 
fluido, consequentemente gerando atrito entre o fluido e as paredes do 
conduto, auxiliando assim na troca térmica, incrementando a transferência de 
calor. 
 
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