Relatório de Aula Prática - Fenõmenos de Transportes

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Faculdade Anhanguera 
 Campus São Bernardo do Campo 
 ENGENHARIA ELÉTRICA 
 Sadraque Cavalcanti -- Engª Elétrica 3º Sem 
 RELATÓRIO TÉCNICO 
 AULA PRÁTICA AP1, AP2, AP3 e AP4 
 DISCIPLINA: Fenômenos de Transporte 
 MATERIAIS UTILIZADOS: 
 ● Computador; 
 ● Bancada didática da Algetec. 
 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 ao 
 números e Reynolds, escoamento de fluidos em tubulações, processo de convecção e a 
 eficiência de trocadores de calor. Cada atividade tinha objetivos específicos que visavam 
 desenvolver a compreensão das teorias fundamentais e familiarizar-se com as práticas 
 laboratoriais essenciais na área da engenharia. 
 A Atividade 1 explorou os diferentes tipos de escoamento em uma tubulação, aplicando o 
 número adicional 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 2, 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. 
 Na atividade 3, foi analisado o comportamento da temperatura em um ambiente controlado 
 utilizando dois sensores de temperatura, um exaustor e um aquecedor de 100W. 
 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. 
 1 - Experimento de Reynolds 
 Dados obtidos: 
 Resultado do cálculo da vazão em 4 níveis diferentes de trabalho da válvula 14 
 Resultado do cálculo do número de Reynolds 
 Atividade Prática 2 - Perda de Carga Distribuída 
 Dados obtidos: 
 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 = 0,0218mca. 
 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. 
 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% 
 1 - Dependência entre Perda de Carga, Vazão e Diâmetro da Tubulação 
 A dependência observada, a partir dos dados e princípios de Fenômenos de Transporte, é a seguinte: 
 Dependência com a Vazão: Para uma mesma tubulação, a perda de carga (Manômetro) aumenta à 
 medida que a vazão (Rotâmetro) aumenta.Isso ocorre porque uma vazão maior resulta em uma 
 velocidade do fluido mais alta, o que gera mais atrito nas paredes do tubo, aumentando a perda de 
 carga. Esta é uma relação de proporcionalidade direta. 
 Dependência com o 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 
 2 - Linha com a Maior Queda de Pressão para uma Mesma Vazão 
 A Linha 4 (Acrílico 25 mm) apresentou a maior perda de carga (58 mmCa) para a vazão de 2400 LPH, 
 quando comparada à Linha 3 (Cobre 28 mm, com 34 mmCa).Isso se deve ao seu menor diâmetro (25 
 mm) em comparação com a Linha 3 (28 mm) e Linha 1 (32 mm), o que gera maior velocidade e, 
 consequentemente, maior perda de carga 
 3. Combinação para a Menor Perda de Carga Possível 
 Melhor Combinação: Material PVC ou Acrílico (ambos são mais lisos que o Cobre), diâmetro de 
 26,5mm (o maior disponível), comprimento de 1m (o menor disponível) 
 A combinação que melhor atende à condição de menor perda de carga possível é a que utiliza o 
 maior diâmetro e o menor comprimento com um material liso. 
 Atividade Prática 3 - Experimento de Convecção 
 Após a realização dos testes, e extração dos LOGs de registro do computador, foi possível fazer a 
 seguinte tabela? 
 Após a análise dos valores, foi possível responder ao questionamento. 
 1. Qual foi o comportamento das temperaturas 1 e 2 ao variar a potência do aquecedor 
 e do exaustor? 
 Temperatura 1: Permaneceu praticamente constante 27 °C a 27,1°C, indicando que não foi 
 diretamente afetada pelas variações de potência do Aquecedor e do Cooler. 
 Temperatura 2: Apresentou uma dependência direta da potência do Aquecedor, com um aumento 
 significativo e contínuo 27°C para mais de 51,5°C quando o Aquecedor é ativado. A ativação do 
 Cooler, especialmente em conjunto com o Aquecedor, causou flutuações, mas não impediu a 
 tendência de aquecimento geral no sistema. 
 Atividade Prática 4 - Trocadores de Calor 
 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. 
 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. 
 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. 
 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. 
 1. Trocador com melhor eficiência 
 O tipo de trocador de calor que geralmente possui a melhor eficiência térmica é o Trocador de Calor 
 de Placas. 
 O design de placas corrugadas empilhadas oferece uma área de troca térmica muito grande em um 
 volume compacto. As ondulações nas placas promovem o escoamento turbulento mesmo em baixas 
 vazões, o que maximiza o coeficiente de transferência de calor e, consequentemente, o coeficiente 
 global de transferência de calor, além de permitir a operação em contracorrente pura, que é a 
 configuração termicamente mais eficiente. 
 2. Tipo de escoamento influência? 
 O tipo de escoamento (determinado pelo Número de Reynolds) tem uma influência crítica na 
 transferência de calor por convecção: 
 Escoamento Laminar: O fluido se move em camadas paralelas, com pouca ou nenhuma mistura 
 transversal. A transferência de calor ocorre principalmente por condução através dessas camadas. 
 Isso resulta em um coeficiente de transferência de calor baixo e, consequentemente, em uma taxa de 
 transferência de calor menor. 
 Escoamento Turbulento: O fluido se move de forma caótica e desordenada, gerando alta mistura. 
 Essa mistura constante traz fluidos mais frios (ou quentes) para perto da superfície de troca, 
 aumentando o gradiente de temperatura na camada limite. Isso resulta em um coeficiente de 
 transferência de calor muito maior e, consequentemente, em uma taxa de transferência de calor 
 maior e mais eficiente. 
 3. A influência de vazão 
 Aumento da Vazão: Aumentar a vazão de um fluido resulta em um aumento da sua velocidade. Uma 
 velocidade maior tende a promover o escoamento turbulento (ou intensificar a turbulência existente) e 
 aumentar o coeficiente de transferência de calor (h). 
 Relação: Quanto maior a vazão, maior será a taxa de transferência de calor, desde que outros 
 parâmetros (como a diferença de temperatura e a área de superfície de troca térmica) permaneçam 
 constantes. Uma vazão adequada é, portanto, essencial para garantir uma transferência eficiente.