UNIVERSIDADE UNOPAR relatorio fenomeno

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UNIVERSIDADE UNOPAR
ENGENHARIA AMBIENTAL
ALUNO: SANDER DE SOUZA SOARES
RELATÓRIO AULA PRÁTICA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE
		INTRODUÇÃO
		O objeto deste trabalho é apresentar o relato de quatro demonstrações práticas efetuadas no contexto da disciplina de Fenômenos de Transporte, com o apoio da infraestrutura do Laboratório Algetec. A execução planejada dessas atividades resultou em uma vivência altamente instrutiva e aplicada no estudo dos processos que envolvem o movimento de fluidos e a transmissão de calor.
Ao longo do desenvolvimento, foram abordados e analisados conceitos essenciais relativos à propriedade da viscosidade, ao padrão de escoamento em sistemas de tubulação e à eficácia operacional de trocadores de calor. Os objetivos específicos de cada experimento buscaram, simultaneamente, consolidar a compreensão das bases teóricas e capacitar os participantes nas técnicas laboratoriais indispensáveis para a prática da engenharia.
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS FLUIDOS: EXPERIMENTO DE REYNOLDS
 MATERIAIS UTILIZADOS
 - Bancada didática de mecânica dos fluidos e bombas Algetec;
 - Cronômetro.
		REALIZANDO OS ENSAIOS
Ajustamos o potenciômetro e aguardamos o preenchimento do reservatório. Assim que o nível de água no reservatório atingir o valor máximo, a bancada é desligada. Nesse momento, fechamos a válvula 12 para impedir a recirculação da água do reservatório. Ajustamos as válvulas 14 (tubulação de Reynolds) e 15 (corante) para as posições desejadas, verificamos nesse momento, qual a cota inicial do tanque e ativamos o cronômetro. Observamos o comportamento do escoamento (água + corante), aguardamos até que o nível a água varie 30 a 50 mm, e em seguida desligamos o cronômetro e fechamos as válvulas. Registramos as informações obtidas para usá-las posteriormente.
	AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
Obs.: Para as questões a seguir, considere as seguintes medidas para o reservatório de acrílico: Comprimento: 400 mm; Largura: 320 mm; Altura: 474 mm e o diâmetro interno no tubo de Reynolds D = 44 mm.
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 na tabela abaixo.
TABELA 01 – VAZÃO DO SISTEMA.
2. Com base nos dados obtidos durante a etapa de medindo a vazão, calcule o número de Reynolds e, a partir disso, classifique o regimento de escoamento.
TABELA 02 – NÚMERO DE REYNOLDS E REGIME DE ESCOAMENTO.
3. Considerando as informações obtidas durante a etapa de observação do regime de escoamento, qual o regime de escoamento encontrado?
Resposta: O fluxo observado apresentou caráter laminar. Isso se deve à redução da pressão ocasionada pela queda no nível do reservatório. À medida que o nível do reservatório diminui, a pressão na tubulação também cai, causando uma diminuição da vazão e, por consequência, da velocidade, mantendo o fluxo laminar.
LABORATÓRIO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR – TROCADOR DE CALOR
MATERIAIS UTILIZADOS
- Trocador de calor do tipo tubos concêntricos;
- Trocador de calor do tipo casca-tubo;
- Trocador de calor do tipo placas;
- Válvulas;
- Bomba centrifuga;
- Sensor de vazão;
- Sensor de temperatura;
- Painel de mostradores.
REALIZANDO OS ENSAIOS
Posicionamos o trocador de calor tipo tubos concêntricos sobre a bancada e realizamos a conexão com os canos. Em seguida, ligamos o painel de controle e ativamos o aquecedor, aguardando que a temperatura alcance 60°C. Quando atingir essa temperatura, o aquecedor se desliga automaticamente. Depois, abrimos as válvulas e acionamos as bombas. Ajustamos a vazão da segunda bomba utilizando o potenciômetro disponível no painel e monitoramos a variação de temperatura nos indicadores. Para uma análise mais detalhada, observamos como a temperatura se comporta para diferentes vazões.
De forma similar, instalamos o trocador de calor tipo casca-tubo na bancada e conectamos aos canos. Energizamos o painel e ligamos o aquecedor, acompanhando a temperatura até que alcance 60°C, momento em que o aquecedor desliga automaticamente. Em seguida, abrimos as válvulas e acionamos as bombas. A vazão da bomba dois foi aumentada por meio do potenciômetro do painel, e a variação de temperatura foi observada nos indicadores, permitindo analisar os efeitos de diferentes vazões.
Por fim, posicionamos o trocador de calor tipo placas sobre a bancada e realizamos as conexões necessárias aos canos. Ligamos o painel e o aquecedor, monitorando a temperatura até atingir 60°C, quando o aquecedor se desliga sozinho. Após isso, abrimos as válvulas e acionamos as bombas. Ajustamos a vazão da segunda bomba pelo potenciômetro no painel e acompanhamos as alterações de temperatura nos indicadores, analisando o comportamento da temperatura para diferentes vazões.
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
1. Quais as principais vantagens da utilização de trocadores de calor?
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.
2. Qual tipo de trocador é mais utilizado na indústria de alimentos? Justifique. 
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. 
3. 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. 
4. 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 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.
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA – PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA
MATERIAIS UTILIZADOS
- Tubulação de PVC 32 mm;
- Tubulação de PVC 25 mm;
- Tubulação de cobre 28 mm;
- Tubulação de acrílico 25 mm;
- Manômetro em U;
- Rotâmetro;
- Válvulas;
- Quadro elétrico;
- Bombas.
REALIZANDO OS ENSAIOS
Posicionamos as válvulas na seguinte posição: válvula A1 e B2 abertas e válvulas
B1 e A2 fechadas. Configuramos as válvulas correspondentes a linha que deseja
realizar o experimento. As configurações de cada linha estão descritas abaixo:
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
Conectamos as mangueiras de tomada de pressão na linha a qual o experimento será realizado. A distância entre os pontos de tomada de pressão é de um metro em qualquer uma das linhas. Mantemos o botão de emergência desativado, habilitamos a bomba 2, posicionamos o potenciômetro de vazão no centro da sua escala, ligamos o sistema.Variamos a vazão utilizando o potenciômetro e anotamos, assim como a perda de carga correspondente. Precisamos de cinco pontos, calculamos o desvio relativo em relação às perdas de carga obtidas teoricamente. Desligamos o painel elétrico, desabilitamos a bomba 2 e desconectamos a mangueira, em seguida, configuramos a bancada para realizar a prática em outra linha. Verificamos as configurações necessárias ou no esquemático da pratica. Desabilitamos a bomba 2, desligamos o sistema, desconectamos as mangueiras.
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
TABELA 3 – DADOS OBTIDOS
1. 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.
As principais fontes de erro para este experimento podem incluir:
- Erros de medição 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 13 efeitos de superfície interna e rugosidade podem estar influenciando mais nessas linhas de menor diâmetro.
2. Analise os dados para cada tubulação e responda. Qual a influência do diâmetro da tubulação, do material e da vazão na perda de carga distribuída? Se necessário plote os valores de Vazão x Perda de Carga num papel milimetrado ou software gráfico para uma análise mais completa.
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.
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.
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA – VISCOSÍMETRO DE STOKES
MATERIAIS UTILIZADOS
- Cronômetro;
- Esferas;
- Tubos;
- Água;
- Óleo;
- Glicerina.
REALIZANDO OS ENSAIOS
Para encontrar a velocidade de escoamento das esferas metálicas é necessário que sejam feitas diversas medidas do tempo de queda entre dois pontos conhecidos. Acionamos o cronômetro, em seguida, movemos uma das esferas para o tubo que contém água, cronometramos o tempo de queda e repetimos esse processo mais três vezes. Em seguida trocamos a esfera e repetimos o mesmo procedimento.
TABELA 4 – DADOS EXPERIMENTAIS COM ÁGUA.
TABELA 5 – DADOS EXPERIMENTAIS COM ÓLEO.
TABELA 6 – DADOS EXPERIMENTAIS COM GLICERINA.
Para o cálculo da viscosidade dinâmica neste experimento, deve ser utilizada a	equação 9 do resumo teórico. Todos os dados necessários para aplicar esta equação, além daqueles encontrados nas tabelas preenchidas anteriormente, são apresentados na lista abaixo:
• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (água) é de 1000 kg/m³;
• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (5w20) é de 852 kg/m³ 𝜌;
• 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (glicerina) é de 1250 kg/m³;
• 𝜌𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 é de 7850 kg/
OBS: O valor de R (raio interno do tubo) no caso do laboratório virtual é de 22 milímetros. Utilizou-se também as velocidades de escoamento calculadas anteriormente. A seguir, apresenta-se o memorial dos cálculos realizados:
Os valores reais da viscosidade cinemática dos fluidos utilizados neste experimento são:
• A viscosidade cinemática da água é de 9,86×10−7 m²/s.
• A viscosidade cinemática do óleo 5W20 é de 5,05×10−5 m²/s.
• A viscosidade cinemática da glicerina é de 6,61×10−4 m²/s.
Sabendo que o erro relativo percentual pode ser encontrado utilizando a seguinte formula:
Foi realizado o cálculo da viscosidade cinemática e do erro relativo percentual para cada viscosidade cinemática encontrada.
Repetiu-se o procedimento de Determinação da Viscosidade para os Fluidos óleo e glicerina. A seguir, apresenta-se a segunda parte do memorial dos cálculos realizados:
Os valores de viscosidade cinemática encontrados diferem muito dos resultados esperados, indicando algum erro nos cálculos ou na realização dos experimentos.
Em sequência, preencheu-se os dados calculados na.
TABELA 7 – FLUIDO: ÁGUA
Repita o procedimento da etapa de determinação da viscosidade para preencher a tabela 8.
TABELA 8- FLUIDO: ÓLEO.
Repita o procedimento da etapa de determinação da viscosidade para preencher a tabela 9.
TABELA 9 - FLUIDO: GLICERINA.
Variação no comprimento das barras para uma mesma variação de temperatura foi diretamente proporcional ao seu comprimento inicial. Variações no comprimento das barras para uma mesma variação de temperatura foi diretamente proporcional ao seu comprimento inicial.
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
1. Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real. Os valores encontrados, podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água? Justifique.
Os valores encontrados experimentalmente para a viscosidade cinemática dos fluidos no tubo de água foram significativamente diferentes dos valores reais. Os valores experimentais obtidos foram todos maiores do que o valor real da viscosidade cinemática da água. Isso indica que os valores experimentais não podem ser utilizados para representar com precisão a viscosidade cinemática da água. A discrepância entre os valores reais e experimentais sugere que pode ter 23 havidos erros sistemáticos ou aleatórios durante o experimento que afetaram as medições.
Justificação: As discrepâncias podem ter ocorrido devido a vários fatores, como erros de medição no tempo de queda, erros na determinação do diâmetro das esferas, variações nas condições do ambiente virtual do laboratório, erros de cálculo ou até mesmo problemas com o modelo virtual utilizado para simular o experimento. Portanto, os valores experimentais não podem ser considerados precisos para representar a viscosidade cinemática da água.
2. Quais são as principais fontes de erros para este experimento?
As principais fontes de erro para este experimento podem incluir:
- Erros de medição: Pequenos erros ao medir o tempo de queda das esferas ou ao determinar o diâmetro das esferas podem afetar significativamente os cálculos da viscosidade.
- Condições do ambiente virtual: Variações nas condições virtuais dolaboratório, como temperatura e pressão, podem afetar os resultados.
- Modelo de simulação: O modelo virtual utilizado para simular o experimento pode não ser totalmente preciso na representação das condições do mundo real, o que pode levar a discrepâncias nos resultados.
- Erros no equipamento virtual: Qualquer erro no funcionamento do equipamento virtual, como o viscosímetro ou a simulação do escoamento das esferas, pode afetar os resultados.
- Erros sistemáticos: Erros sistemáticos que afetam todas as medições de forma consistente podem levar a resultados consistentemente diferentes dos valores reais.
3. Compare os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental com o valor da viscosidade cinemática real. Os valores 24 encontrados, podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água? Justifique.
Os valores encontrados para a viscosidade cinemática de forma experimental na tabela 5 são próximos do valor da viscosidade cinemática real, que é de 1,002 x 10^- 6 m²/s a 20°C. O valor experimental encontrado é de 1,006 x 10^-6 m²/s, o que representa uma diferença de apenas 4%. Essa diferença é aceitável, considerando a precisão dos instrumentos utilizados no experimento.
Portanto, os valores encontrados também podem ser utilizados para representar a viscosidade cinemática da água a 20°C.
4. Quais são as principais fontes de erros para este experimento?
As principais fontes de erro para este experimento são as mesmas do experimento, com exceção da variação na temperatura, que é controlada no experimento.
Aqui estão algumas sugestões para melhorar a precisão do experimento:
-Utilizar instrumentos de alta precisão: Isso reduzirá os erros de medição.
-Manter a temperatura da água constante: Isso evitará erros devido à variação da viscosidade da água.
-Utilizar água destilada: Isso reduzirá os efeitos de impurezas ou sais dissolvidos na água.
CONCLUSÃO
As experiências vivenciadas ao longo das práticas destacaram a relevância de unir o conhecimento teórico ao cotidiano profissional. Cada atividade permitiu transformar o que foi estudado em sala em aplicação direta, mostrando na prática como esses conceitos realmente funcionam e contribuem para solucionar situações reais. Esse processo evidencia que teoria e prática caminham juntas e são indispensáveis para a formação técnica e profissional, fortalecendo nosso desenvolvimento e ampliando nossa capacidade de atuar com segurança e competência.
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