roteiro-exp-Escoamento-em-leito-poroso

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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 
Departamento de Engenharia Química 
PQI 3409 - Laboratório de Operações Unitárias e Reatores 
 
Experiência 
ESCOAMENTO EM MEIO POROSO 
OBJETIVOS 
Analisar o comportamento do escoamento de líquido em leito poroso fixo, sob ação da 
gravidade em regime transiente. 
Obter parâmetros típicos relacionados ao escoamento em leitos, tais como: velocidade 
superficial e perda de carga. 
Determinação da curva de perda de carga em função da velocidade superficial e da 
permeabilidade do meio poroso. 
FUNDAMENTOS 
A perda de carga em leito poroso depende essencialmente das características do leito 
(principalmente da permeabilidade), das propriedades do fluido e da velocidade superficial. 
Considere o escoamento de um fluido newtoniano em um meio poroso homogêneo e 
incompressível. A perda de carga no leito pode ser calculada pela equação de Ergun, 
extensamente utilizada na Engenharia Química, que abrange os modelos e equações de 
Blake-Kozeny (regime viscoso) e a Burke-Plummer (regime turbulento). 
Perda de carga no leito: 𝜌𝑙𝑤𝑓 =
𝑓𝑝 𝜌𝐿𝑣𝑏𝑠
2 (1−𝜀)
(𝜙𝐷𝑝 )𝜀
3
 
Fator de atrito: 𝑓𝑝 =
150
𝑅𝑒𝑝
+1,75 No de Reynolds: Re𝑝 =
𝜌𝑣bs(𝜙𝐷𝑝 )
𝜇 (1−𝜀)
 
 
sendo: fp = fator de atrito, L = profundidade do leito, vbs = velocidade superficial,  = 
porosidade do leito, Dp = diâmetro médio de Sauter da partícula,  = densidade do fluido e  
= esfericidade da partícula. 
EQUIPAMENTO 
 
 
 
1. coluna de vidro 
2. leito de areia fina 
3. leito de areia grossa 
4. proveta 
5. régua 
6. tela de retenção 
7. termômetro 
 
 
 
 
PROCEDIMENTO 
(1) Leito composto (areia fina e grossa) 
- Medir as dimensões do leito (profundidade dos leitos porosos e geometria do dispositivo). 
Medir o nível da água e a vazão de percolado ao longo do tempo, partindo-se do tubo cheio 
de água. 
(2) Leito de areia fina 
- Medir as dimensões do leito (profundidade dos leitos porosos e geometria do dispositivo). 
Medir o nível da água e da saída do percolado ao longo do tempo, partindo-se do tubo cheio 
de água. Repetir o procedimento para diferentes níveis do tubo de saída do percolado. 
 
RELATÓRIO 
1) Apresentar os balanços de massa e quantidade de movimento para o escoamento nos 
leitos. Obter o equacionamento para determinação das perdas de cargas nos leitos em 
função da velocidade superficial, a partir das medidas efetuadas. 
2) Apresentar os resultados experimentais de perda de carga em função da velocidade 
superficial, para o leito de areia fina. Deduzir um procedimento para o cálculo da 
permeabilidade deste leito a partir destes resultados. 
3) Analisar os resultados de permeabilidade, comparando-os com dados da literatura e 
equação teórica da permeabilidade, expressa em função de características do leito. 
4) Apresentar os resultados experimentais de perda de carga em função da velocidade 
superficial, para o leito de areia grossa. Discutir estes resultados e fazer uma análise 
comparativa com os obtidos para o leito de areia fina. 
5) Estimar a capacidade de um filtro composto de dois leitos (areia fina e areia grossa) 
conforme condições apresentadas pelo professor na aula. 
 
BIBLIOGRAFIA 
[1] G. MASSARANI, Fluidodinâmica em Sistemas Particulados , E-Papers, 2ª edição, 2002. 
[2] E. SCHEIDEGGER, The Physics of Flow through Porous Media, University of Toronto Press, 1960. 
[3] C. O. BENNETT e J. E. MYERS, Fenômenos de Transporte - Quantidade de movimento, calor e massa, 
McGraw-Hill, 1978. 
[4] J. O. WILKES, Fluid Mechanics for Chemical Engineers, Prentice Hall, 2nd ed., 2006.