Portfólio Fenômeno de Transporte

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FACULDADE ANHANGUERA DE ANÁPOLIS 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA 
 
 
 
 
 
 
 
PORTFÓLIO ACADÊMICO FENÔMENO DE TRANSPORTE 
4º SEMESTRE 
 
 
 
 
 
 
AMANDA CRISTINA LOBATO 
ANÁPOLIS, 2025 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................3 
2. UNIDADE: U1_ESTÁTICA E CINEMÁTICA DOS FLUIDOS..................................4 
 U1: EXPERIMENTO DE REYNOLDS.........................................................................6 
3. UNIDADE: U2_ EQUAÇÃO DA ENERGIA E ESCOAMENTO INTERNO.............7 
U2: PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA.....................................................................11 
4. UNIDADE: U3_ INTRODUÇÃO À TRANSFERÊNCIA DE CALOR........................12 
U3: EXPERIMENTO DE CONVECÇÃO......................................................................12 
5. UA3: EXPERIMENTOS EM TROCADORES DE CALOR.........................................13-16 
6. CONCLUSÃO................................................................................................................17 
7. BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
Podemos resumir os principais pontos: 
- O relatório foi elaborado de acordo com as orientações do Roteiro de Aula Prática para a disciplina de 
Fenômenos de Transporte do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária. 
- Foram propostas quatro atividades relacionadas aos conceitos fundamentais de: 
- Experimento de Reynolds 
- Escoamento de fluidos em tubulações 
- Experimento de convecção 
- Eficiência de trocadores de calor 
- As atividades foram realizadas com a utilização do VirtualLab - Algetec, um laboratório virtual que 
auxilia na compreensão das teorias fundamentais. 
Atividade 1: 
- Objetivo: Explorar os diferentes tipos de escoamento em uma tubulação. 
- Método: Aplicação do número adimensional de Reynolds para identificar os escoamentos laminar, 
transição e turbulento. 
- Importância: Relacionar os tipos de escoamento ao número de Reynolds para entender o comportamento 
dos fluidos. 
Atividade 2: 
- Objetivo: Analisar o comportamento do escoamento em tubulações de diferentes diâmetros e materiais. 
- Método: Medição da perda de carga em cada cenário. 
- Resultado: Compreensão da influência da vazão e do material das tubulações na perda de pressão do 
fluido. 
Atividade 3: 
-Objetivo: Estudar a potência dos aquecedores no processo de convecção. 
-Método: Aplicar as leis de temperatura referente ao experimento 
-Resultado: Aumentar a potência, para se obter o resultado. 
Atividade 4: 
- Objetivo: Estudar a eficiência de trocadores de calor em diferentes configurações. 
- Método: Realização de testes em trocadores de calor de placas, tubos concêntricos e casco-tubos. 
- Variáveis: Exploração de como vazão e temperatura afetam a eficiência desses dispositivos. 
Considerações Finais: 
As experiências, mesmo em ambiente virtual, são importantes para exemplificar conceitos essenciais da 
área da engenharia para os alunos. 
Não há perguntas específicas no texto para responder diretamente. As atividades parecem ser parte de um 
relatório sobre experimentos práticos relacionados a fenômenos de transporte. 
 
 
2. EXPERIMENTO DE REYNOLDS 
 
O Experimento de Reynolds é um dos mais clássicos na área da mecânica dos fluidos. 
Foi desenvolvido por Osborne Reynolds em 1883. 
Visa demonstrar a transição entre diferentes regimes de escoamento: laminar, transição e turbulento. 
Mostra como o comportamento do fluido é influenciado pela sua velocidade, geometria do conduto e 
propriedades físicas (viscosidade e densidade). 
Permite visualizar esses diferentes regimes de escoamento por meio de análise qualitativa (com corantes) e 
quantitativa (cálculo do número de Reynolds). 
O número de Reynolds é uma relação adimensional entre as forças inerciais e as forças viscosas de um 
fluido em movimento. 
É amplamente utilizado para prever o comportamento do fluxo em diferentes condições. 
O objetivo deste experimento: 
Determinar o regime de escoamento do fluido em um tubo com base nas condições de operação e na vazão. 
O cálculo do número de Reynolds permite definir se o escoamento é laminar, transitório ou turbulento. 
 
1. A partir dos dados obtidos no laboratório, considerando a passagem de tempo e alteração do nível da 
água, determine a vazão do sistema para a porcentagem utilizada na válvula de escoamento do tubo de 
Reynolds. Registre as informações em uma tabela semelhante à apresentada abaixo. 
 
1. Verificação das Válvulas: 
- As válvulas foram verificadas e ajustadas conforme a tabela, com a bancada desligada. 
- O diâmetro interno do tubo de Reynolds é de 44 mm. 
2. Habilitação das Bombas: 
- A válvula 2c foi posicionada com 40% da sua capacidade. 
- As bombas foram configuradas no painel elétrico e o botão de ligar foi acionado. 
- Após observar o fluxo de água no rotâmetro, a válvula 2c foi totalmente aberta. 
3. Enchimento do Reservatório: 
- O potenciômetro foi ajustado para controlar a vazão da água que entrava no reservatório. 
- A válvula 13 foi fechada assim que se percebeu que o nível de água estava subindo. 
- A válvula 12 foi fechada após o reservatório encher completamente. 
4. Medição da Vazão: 
- A medida do volume de água presente no reservatório foi feita. 
- As dimensões do reservatório são: 400 mm de comprimento, 320 mm de largura e 474 mm de altura. 
- Inicialmente, constatou-se uma medida de 427 (presumivelmente a altura inicial da água ou alguma outra 
medida relevante). 
Para calcular a vazão, precisaríamos de mais informações, como o tempo que levou para encher o 
reservatório ou a variação do nível de água em um determinado período. 
• A válvula 14 foi aberta a 33%. 
• Um cronômetro foi iniciado simultaneamente. 
• Após aproximadamente 1 minuto, a válvula 14 foi fechada. 
• O volume contido no reservatório foi medido e mudou para 192 (unidade não especificada, mas 
presumivelmente mL ou um valor relacionado à altura no reservatório). 
Para calcular a vazão (Q), podemos usar a seguinte fórmula: 
Q = ΔV 
 Δt 
Onde: 
• ΔV é a variação do volume. 
• Δt é a variação do tempo. 
Dado: 
• Tempo (Δt) = 1 minuto = 60 segundos 
• Variação do volume (ΔV) = 427 - 192 = 235 litros (presumindo a mesma unidade de medida para 
ambos os valores) 
Então: 
Q = 235 = 3.92, litros/segundo 
 60 
Se a unidade de volume for ml, então a vazão é aproximadamente 3.92L/s. 
Além disso, a válvula 15 foi aberta para que o fluido com corante começasse a escoar, e o fluxo através da 
pipeta foi observado. A válvula 14 foi aberta, controlando a vazão com a mesma porcentagem anterior 
(33%), e o fluxo foi estabilizado antes de iniciar a medição. 
As imagens a seguir mostram o experimento: 
 
Figura 1 – Enchendo o reservatório de água Figura 2- Realização do experimento 
 
Figura 3 – Em fase de realização 
2. Com base nos dados obtidos durante a etapa de medindo a vazão, calcule o número de Reynolds e, a partir 
disso, classifique o regime de escoamento. 
Foi o fluxo laminar, devido à diminuição da pressão por causa da diminuição do nível da altura. A 
diminuição do nível do reservatório irá causar uma diminuição na pressão da tubulação, o que provoca a 
diminuição da vazão e, por fim, uma redução de velocidade, deixando o fluxo laminar. 
3. Considerando as informações obtidas durante a etapa de observação do regime de escoamento, qual o 
regime de escoamento encontrado? 
1. Válvula 14: A válvula 14 é um componente que regula o fluxo no experimento. 2. Regimes de 
escoamento: Os regimes de escoamento são laminar, transição e turbulento. 3. Porcentagem de trabalho da 
válvula: A porcentagem de trabalho da válvula está relacionada com a velocidade do fluxo.Com base nessas suposições, posso preencher a tabela da seguinte forma: 
Porcentagem de trabalho na válvula 14 Regime de escoamento 
Baixa (ex: 20%) Laminar 
Média (ex: 50%) Transição 
Alta (ex: 80%) Turbulento 
Explicação: 
• Laminar: Em baixas porcentagens de trabalho da válvula, a velocidade do fluxo é baixa, resultando 
em um regime laminar. 
• Transição: Em médias porcentagens, o fluxo está em transição entre laminar e turbulento. 
• Turbulento: Em altas porcentagens, a velocidade do fluxo é alta, resultando em um regime 
turbulento. 
 
 
 
 3. PERDA DE CARGA EM UM ESCOAMENTO INTERNO 
 PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA 
 
1. Dependência entre perda de carga, vazão e diâmetro: 
• A perda de carga (ΔP) em escoamento em tubulações depende da vazão (Q) e do diâmetro (D) 
segundo a equação de Darcy-Weisbach: 
ΔP∝D5Q2 
Isto significa que: 
• Definição: A perda de carga (ΔP) em tubulações depende da vazão (Q) e do diâmetro (D), conforme 
a equação ΔP ∝ Q² / D⁵. 
• Implicações: 
• Se a vazão aumenta, a perda de carga aumenta quadraticamente. 
• Se o diâmetro aumenta, a perda de carga diminui fortemente (devido à dependência da quinta 
potência do diâmetro). 
• Considerações: 
• Mantendo outras variáveis constantes, a perda de carga cresce muito com o aumento da vazão e 
diminui significativamente com o aumento do diâmetro da tubulação. 
• Para uma mesma vazão, a queda de pressão é maior em tubulações mais longas, com diâmetro menor 
ou material com maior rugosidade. 
• A maior queda de pressão ocorrerá na tubulação de menor diâmetro, maior comprimento e maior 
rugosidade (materiais menos lisos, como metais em vez de plásticos). 
• Melhor escolha para menor perda de carga: 
• Maior diâmetro interno. 
• Material mais liso (menor rugosidade). 
• Menor comprimento. 
Das seguintes opções disponíveis: 
• Diâmetro: 26,5 mm (maior disponível) 
• Material com menor rugosidade: Entre cobre, PVC e acrílico, geralmente o PVC ou acrílico têm 
menor rugosidade que o cobre, mas a diferença entre PVC e acrílico é pequena. 
• Menor comprimento: 1 m (menor disponível) 
Assim, a melhor combinação é: tubulação de PVC ou acrílico (por serem mais lisos), diâmetro 26,5 mm e 
comprimento 1 m. 
Resumo das respostas: 
1. Perda de carga aumenta bastante com a vazão e diminui muito com diâmetro maior. 
2. A linha de menor diâmetro, maior comprimento e maior rugosidade apresentará a maior queda de 
pressão. 
3. Para menor perda de carga: tubulação de PVC ou acrílico, diâmetro 26,5 mm, comprimento 1 m. 
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 foi configurada 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 1 – Primeira linha – Tubo de PVC 32mm. 
 
Figura 2 – Segunda linha – tubo de PVC 25mm. 
 
 
Figura 3 – Terceira Linha – Tubo de cobre 22mm 
 
 
Figura 4 – Quarta linha – Tubo de Acrílico 25mm 
 
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 
Rotâmetr
o 
Manômetr
o 
Rotâmetr
o 
 
Manômetr
o 
 
 
Rotâmetr
o 
 
Manômetr
o 
 
Rotâmetr
o 
 
Manômetr
o 
 
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 
 
1. Qual foi a dependência observada entre a perda de carga, a vazão do fluido no sistema e o diâmetro da 
tubulação, mantendo as outras variáveis constantes? A dependência observada é que a perda de carga 
aumenta com o aumento da vazão e diminui com o aumento do diâmetro da tubulação. Matematicamente, 
essa relação pode ser expressa como: 
ΔP ∝ Q2 
 D5 
Onde: 
• ΔP é a perda de carga 
• Q é a vazão do fluido 
• D é o diâmetro da tubulação 
 2. Para uma mesma vazão, analisando o comportamento da queda de pressão entre os pontos de medição, 
qual das 4 linhas de perda de carga distribuída apresentou a maior queda? 
Sem informações adicionais sobre as 4 linhas de perda de carga distribuída, é impossível determinar qual 
apresentou a maior queda. No entanto, posso inferir que a linha com maior comprimento, menor diâmetro 
e maior rugosidade apresentará a maior queda de pressão. 
 3. No projeto da linha de sucção de uma bomba centrífuga, semelhante à existente na bancada didática, 
deseja-se que a tubulação cause a menor perda de carga possível. Estão disponíveis tubulações de cobre, 
PVC e acrílico, de diâmetro interno 21 mm, 21.7 mm e 26.5 mm, e comprimento 1 m, 1.5 m e 2 m. Qual 
das combinações a seguir melhor atende às condições dispostas? 
Para minimizar a perda de carga, a melhor combinação seria: 
• Material: Cobre (assumindo que o cobre tem a menor rugosidade entre os materiais listados). 
• Diâmetro: 26.5 mm (o maior diâmetro disponível). 
• Comprimento: 1 m (o menor comprimento disponível). 
Explicação referente as combinações: 
• Material: Materiais mais lisos (menor rugosidade) resultam em menor perda de carga. 
• Diâmetro: A perda de carga é inversamente proporcional à quinta potência do diâmetro, então um 
diâmetro maior reduz significativamente a perda de carga. 
• Comprimento: A perda de carga é diretamente proporcional ao comprimento da tubulação, então um 
comprimento menor resulta em menor perda de carga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. INTRODUÇÃO À TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
EXPERIMENTOS À CONVECÇÃO 
 
4. Experimentos de Convecção 
Objetivos: 
- Analisar influência da temperatura e velocidade do ar na transferência de calor; 
- Estimar parâmetros adimensionais; 
- Calcular coeficiente convectivo de transferência de calor. 
 
 
Acoplar aquecedor, conectar sensores de temperatura T1 e T2 e anemômetro; variar 
potência do aquecedor e velocidade do exaustor; registrar temperaturas e velocidade; 
salvar Datalog e tratar os dados. 
1) Qual foi o comportamento das temperaturas 1 e 2 ao variar a potência do aquecedor e 
do exaustor? 
Resposta: Ao aumentar a potência do aquecedor, as temperaturasT1/T2 
aumentam; ao aumentar a vazão (ex.: exaustor), a temperatura local diminui (maior 
convecção), reduzindo ΔT entre superfície e fluido. O coeficiente convectivo h tende a 
aumentar com a velocidade do fluido. 
Cálculos exemplificativos (Lei de Newton do Resfriamento) 
q" = h (T_surface - T_fluid) 
Exemplo: se q" = 100 W/m² e ΔT = 20 K → h = 5 W/m²K. 
 
5. INTRODUÇÃO À TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
EXPERIMENTOS EM TROCADORES DE CALOR 
 
1. Selecionando e encaixando o trocador de calor: Cada trocador de calor foi colocado na bancada 
e conectado aos tubos. A prática foi feita nesta ordem: trocador de tubos concêntricos, trocador 
de casco e tubos e trocador de placas. Inicialmente, o trocador de tubos concêntricos foi levado 
para a bancada e encaixado. 
2. Conectando as bombas: O painel foi energizado, o aquecedor foi ligado e a temperatura foi 
deixada atingir 60°C. A temperatura foi monitorada pelos indicadores e, quando atingiu 60°C, o 
aquecedor desligou automaticamente. Depois disso, as válvulas foram abertas, as bombas foram 
ligadas e o aquecedor foi ligado. 
3. Variando a vazão: A vazão da bomba dois foi aumentada através do potenciômetro no painel, e 
a variação da temperatura foi observada nos indicadores. 
4. Repetindo os procedimentos: Os mesmos procedimentos foram repetidos para o trocador de calor 
de casco e tubos e para o trocador de calor de placas. 
 
Figura 1 – A realização experimento – trocador de calor do tipo tubo concêntricos. 
 
 
 
Figura 2 - Realização do experimento – trocador de calor do tipo concêntricos. 
 
 
Figura 3 - Realização do experimento – trocador de calor casco tubo. 
 
Figura 4 - Realização do experimento – trocador de calor do tipo placas. 
 
 
 
1. Quais critérios devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de trocador de calor? 
 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. 
2. Comparando o desempenho do trocador de calor de placas com o trocador de calor do tipo 
casco e tubos, foi analisado que o trocador de placas é mais eficiente. A que se deve essa 
observação? 
Os trocadores de calor de placas são mais eficientes devido a vários fatores: 
 - Maior área de transferência de calor: As placas proporcionam uma grande área de contato entre os 
fluidos, aumentando a eficiência da troca térmica. 
- Fluxo contracorrente: O design das placas permite um fluxo contracorrente dos fluidos, o que 
maximiza a diferença de temperatura média logarítmica (DTML) e, consequentemente, a 
transferência de calor. 
- Menor volume morto: Os trocadores de placas têm um volume morto menor em comparação com 
os trocadores de casco e tubos, o que reduz a perda de calor e aumenta a eficiência. 
- Maior turbulência: O design das placas promove maior turbulência nos fluidos, o que aumenta o 
coeficiente de transferência de calor. 
- Menor incrustação: A alta turbulência e o design das placas ajudam a reduzir a incrustação, 
mantendo a eficiência da troca térmica por mais tempo. 
 
3.Qual a influência da vazão na transferência de calor? 
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. 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. O coeficiente de transferência, diferença de 
temperatura, e eficiência. Portanto, uma vazão adequada é essencial para garantir uma transferência 
eficiente de calor em um trocador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. CONCLUSÃO 
Este portifólio demonstra uma excelente reflexão sobre a experiência de aprendizado proporcionada 
pelas atividades práticas em Fenômenos de Transporte. A ênfase na importância da correlação entre 
teoria e prática é fundamental para o desenvolvimento de um entendimento sólido dos conceitos. A 
descrição das principais lições aprendidas em cada atividade, como a compreensão da viscosidade, 
a identificação dos regimes de escoamento e a relação entre vazão e perda de carga, demonstra uma 
internalização dos conceitos e sua aplicação prática. A menção a perda da carga distribuída e ao 
número de Reynolds indica familiaridade com as ferramentas e os parâmetros utilizados nas análises. 
Assim como o experimento de convecção entre a trocas de calor. A menção ao 4º experimento, com 
a exploração dos trocadores de calor e a compreensão de sua importância em aplicações industriais, 
complementa o panorama dos conceitos abordados. A ênfase no enriquecimento da compreensão 
dos Fenômenos de Transporte, no desenvolvimento de habilidades e na capacitação para enfrentar 
problemas complexos demonstra um amadurecimento profissional significativo. A certeza de que as 
lições e experiências servirão como base sólida para a busca contínua pelo entendimento dos 
fenômenos e sua aplicação para um mundo melhor e mais eficiente demonstra um compromisso com 
a engenharia e a ciência como ferramentas para o progresso. A conclusão demonstra um excelente 
ponto de partida para a continuidade dos nossos estudos em Fenômenos de Transporte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
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: Experimentos de Convecção. 
 ALGETEC. Sumário Teórico: Experimentos de Convecção. 
ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Trocador de Calor. 
ALGETEC. Sumário Teórico: Trocador de Calor.