Relatório de Aula Prática - Fenômenos de Transporte

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Relatório de Aula Prática - Fenômenos de Transporte 
 ATIVIDADE PRÁTICA 1 - Viscosímetro de Stokes 
 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 
 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 0,483 
 5 mm 2,19 2,15 2,11 2,17 2,15 0,9 0,4186 
 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 3,85 3,94 3,89 3,89 0,9 0,2313 
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 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 
 Fluido Água 
 Diâmetro 
 da Esfera 
 Velocidade 
 média (m/s) 
 Velocidade 
 Corrigida 
 (m/s) 
 Viscosidade 
 Dinâmica 
 Viscosidade 
 Cinemática 
 Erro Relativo 
 Percentual 
 10mm 0,8411 1,2998 0,2872 0,0002872 29027,78 
 8mm 0,8910 1,2798 0,1866 0,0001866 18824,94 
 6mm 0,7258 0,9633 0,1395 0,0001395 14048,07 
 5mm 0,7692 0,9789 0,3813 0,0003813 28571,39 
 Fluido: 5W20 
 Diâmetro 
 da Esfera 
 Velocidade 
 média (m/s) 
 Velocidade 
 Corrigida 
 (m/s) 
 Viscosidade 
 Dinâmica 
 Viscosidade 
 Cinemática 
 Erro Relativo 
 Percentual 
 10mm 0,7627 1,1780 0,3237 0,0003799 652,27 
 8mm 0,5960 0,8560 0,2851 0,0003346 562,57 
 6mm 0,4838 0,6421 0,2138 0,0002509 369,83 
 5mm 0,4186 0,5327 0,1718 0,0002016 299,20 
 Fluido: Glicerina 
 Diâmetro 
 da Esfera 
 Velocidade 
 média (m/s) 
 Velocidade 
 Corrigida 
 (m/s) 
 Viscosidade 
 Dinâmica 
 Viscosidade 
 Cinemática 
 Erro Relativo 
 Percentual 
 10mm 0,2313 0,3574 1,0064 0,0008051 21,80 
 8mm 0,1618 0,2324 0,9905 0,0007924 19,87 
 6mm 0,1015 0,1347 0,9613 0,0007694 16,39 
 5mm 0,0751 0,0955 0,9039 0,0007231 9,39 
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 Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o 
 valor da viscosidade cinemática real. 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. 
 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 a percentuais maiores. 
 ATIVIDADE PRÁTICA 2 - Experimento de Reynolds 
 CONDIÇÕES DAS VÁLVULAS 
 Válvula 1a Aberta 
 Válvula 1b Aberta 
 Válvula 2a Fechada 
 Válvula 2b Aberta 
 Válvula 2c Parcialmente aberta 
 Válvula 3 Aberta 
 Válvula 4 Aberta 
 Válvula 5 Aberta 
 Válvula 6 Aberta 
 Válvula 7 Aberta 
 Válvula 8 Aberta 
 Válvula 9 Aberta 
 Válvula 10 Aberta 
 Válvula 11 Aberta 
 Válvula I Aberta 
 Válvula II Aberta 
 Válvula 12 Aberta 
 Válvula 13 Aberta 
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 Válvula 14 Fechada 
 Válvula 15 Fechada 
 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 
 Qual o regime de escoamento observado no experimento? 
 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. 
 ATIVIDADE PRÁTICA 3 - Perda de Carga Distribuída 
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 PVC 32 mm PVC 25 mm Cobre 28 mm Acrílico 25 mm 
 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 
 O cálculo da perda de carga utilizando o DIAGRAMA DE MOODY (teórico) 
 R – Linha 1 (PVC 32mm): 
 V = (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. 
 = 0,3164 / 𝑅𝑒 0̂,25 = 𝑓 = 0,3164 / 18609,77 0̂,25 = 0,027 
 Hc = fLV2/2gD = 0,027x1x(0,5833)2 / 2x9,81x0,032 = 0,014 mca. 
 Linha 2 (PVC 25mm): 
 V = (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. 
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 22 𝑓 = 0,3164 / 𝑅𝑒 0̂,25 = 𝑓 = 0,3164 / 8324,18 0̂,25 = 0,033 
 Hc = fLV2/2gD = 0,033x1x(0,3333)2 / 2x9,81x0,025 = 0.00747 mca. 
 Linha 3 (Cobre 28mm): 
 V = (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 0̂,25 = 𝑓 = 0,3164 / 18611,76 0̂,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 = 0,0218mca. 
 Linha 4 (Acrílico 25mm) 
 V = (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 0̂,25 = 𝑓 = 0,3164 / 
 16650,41 0̂,25 = 0,027 
 Hc = fLV2/2gD = 0,027x1x(0,6667)2 / 2x9,81x0,025 = 0,024 mca. 
 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% 
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 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 demedição 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. 
 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: 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. 
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 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. 
 ATIVIDADE PRÁTICA 4 - Experimentos em Trocadores de Calor 
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 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. 
 Qual tipo de roctador 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. 
 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. 
 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.