Fenomenos de Transporte

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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FENÔMENOS DE TRANSPORTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RUDIVAL LOPES MANGABEIRA NETO 
UNOPAR – ANHANGUERA 
OUTUBRO/2025 
1 - ESTATISTICA E CINEMÁTICA DOS FLUIDOS 
 
 
1.1 – Cálculo da Vazão 
 
Cálculo: 
Q = Vi – Vf / t 
 
1- Para 8% 
 
Q = 435 – 385 / 121 
 Q = 50/121 = 0,4132231405 
 
 2 – Para 16% 
Q = 430 – 380 / 31 
 Q = 50/31 = 1,6129032258 
 
 3 – Para 25% 
Q = 360 – 310 / 14 
 Q = 50/14 = 3,5714285714 
 
Conclusão 
Portanto, observa-se que ao aumentar a porcentagem de abertura da válvula, a vazão 
cresce significativamente. Isso ocorro porque a maior abertura reduz a resistência ao 
fluxo, permitindo que o fluido passe com maior velocidade e em maior quantidade por 
unidade de tempo. Assim existe uma relação direta entre a porcentagem de abertura da 
válvula e a vazão do fluido. 
 
 
Porcentagem 
de trabalho da 
válvula 14 
Tempo Volume Inicial Volume Final Vazão 
 
8 02:01 435 385 0,41 
16 00:31 430 380 1,61 
25 00:14 360 310 3,57 
 
1.2 – Cálculo da Velocidade, Reynolds e Regime de Escoamento 
 
Porcentagem 
de trabalho da 
válvula 14 
Vazão Velocidade Re Regime de 
escoamento 
8 0,41 0,27 11.909 Turbulento 
16 1,61 1,06 46.487 Turbulento 
25 3,57 2,35 102.935 Turbulento 
 
Cálculo: 
Diâmetro D= 44mm = 0,044 m 
A = pd² / 4 = p(0,044)²/4 = 0,0015205308443 m² 
Formula (V = Q/A) 
 
1 – 8% 
V = 0,00041322314 / 0,0015205308443 = 0,2717624190 m/s 
 
2 – 16% 
V = 0.00161290323 / 0,0015205308443 = 1,0607500873 m/s 
3 – 25% 
V = 0,00357142857 / 0,0015205308443 = 2,3488037646 m/s 
 
Calculo Número de Reynolds: 
Formula (Re =vD/vf) 
Viscosidade cinemática da água 1,004 x 10^-6 
 
1 – 8% 
Re = 0,2717624190 x 0,044 / 1,004 x 10^-6 
= 0,01195754724 / 1,004 x 10^-6 = 11909,91 
 
2 – 16% 
Re = 1,0607500873 x 0,044 / 1,004 x 10^-6 
= 0,04666900384 / 1,004 x 10^-6 = 46487,06 
3 – 25% 
Re = 2,3488037646 x 0,044 / 1,004 x 10^-6 
= 0,10334776564 / 1,004 x 10^-6 = 102935,62 
 
Porcentagem de trabalho da válvula 14 Regime de escoamento 
8 Turbulenta 
16 Turbulenta 
25 Turbulenta 
 
Conclusão 
Diante dos cálculos, mostram que a velocidade média no tubo aumento conforme a vazão 
cresce com a abertura da válvula (0,27 – 1,06 – 2,35 m/s). Os correspondentes números 
de Reynolds são todos muito maiores que 4.000, indicando que o escoamento no tubo 
esta em regime turbulento para todas as porcentagens testadas. Na prática isso implica em 
maior mistura e transferência de momento / energia, porém também maiores perdas por 
atrito e maior variabilidade nas medições: essas características devem ser consideradas 
para um dimensionamento eficaz do sistema hidráulico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 – EQUAÇÃO DA ENERGIA E ESCOAMENTO INTERNO 
2.1 - 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? 
Durante o experimento, utilizando uma tubulação de PVC com diâmetro de 32 mm, foi 
possível observar que a perda de carga aumentou conforme a vazão do fluido foi elevada, 
mantendo as demais variáveis constantes. Esse comportamento ocorre porque, ao 
aumentar a vazão, a velocidade do escoamento também aumenta, gerando maior atrito 
entre o fluido e as paredes internas do tubo. 
De acordo com a equação de Darcy–Weisbach, a perda de carga é diretamente 
proporcional ao quadrado da vazão e inversamente proporcional à quinta potência do 
diâmetro da tubulação. Assim, quanto maior a vazão, maior será a perda de carga; e quanto 
maior o diâmetro, menor será a resistência ao escoamento. 
Portanto, conclui-se que a perda de carga cresce de forma quadrática com a vazão e 
diminui fortemente com o aumento do diâmetro, confirmando o comportamento teórico 
esperado para escoamentos em regime permanente em tubos de PVC. 
Ao reduzir a abertura do controle de vazão para metade da posição anterior, observou-se 
uma redução significativa da perda de carga no circuito. Em termos práticos, a leitura do 
rotâmetro diminuiu aproximadamente pela metade e a deflexão no manômetro em U foi 
reduzida, indicando menor diferença de pressão entre os pontos medidos. Esses resultados 
confirmam o comportamento esperado: com a diminuição da vazão, a velocidade média 
no interior do tubo cai, reduzindo o atrito e, consequentemente, a perda de carga no trecho 
avaliado. 
 
2.2 - 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? 
Para uma mesma vazão, a linha que apresentou maior queda de pressão entre os pontos 
de medição foi a de menor diâmetro. Isso ocorre porque, em tubos mais estreitos, o fluido 
encontra maior resistência ao escoamento, aumentando o atrito entre as partículas do 
fluido e a parede do tubo. Assim, a perda de carga é inversamente proporcional ao 
diâmetro da tubulação, conforme previsto pela equação de Darcy-Weisbach. 
Em resumo, quanto menor o diâmetro do tubo, maior a perda de carga para uma mesma 
vazão. 
 
2.3 - 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? 
 
A combinação que resulta na menor perda de carga na linha de sucção é: 
Diâmetro interno de 26,5 mm e comprimento de 1,0m 
Impacto do Diâmetro (D): A perda de carga é inversamente proporcional à quinta potência 
do diâmetro (1/D5). Isso significa que aumentar o diâmetro tem um efeito drasticamente 
maior na redução da perda do que qualquer outro fator. Portanto, escolhemos o maior 
diâmetro (26,5mm). 
Impacto do Comprimento (L): A perda de carga é diretamente proporcional ao 
comprimento (L). Portanto, escolhemos o menor comprimento (1,0m). 
Impacto do Material (Cobre): O cobre, por ser mais liso que plásticos como PVC ou 
acrílico, tende a ter uma menor rugosidade, o que diminui o atrito e a perda de carga. 
A combinação de maior diâmetro (26,5mm) e menor comprimento (1,0m) garante a perda 
de carga mínima, o que é crucial para o bom funcionamento de bombas hidráulicas. 
Conclusão 
A partir das análises experimentais e teóricas realizadas sobre a equação da energia e o 
escoamento interno, foi possível compreender de forma prática como os parâmetros 
vazão, diâmetro e comprimento da tubulação influenciam diretamente nas perdas de carga 
em um sistema hidráulico. 
Observou-se que a perda de carga aumenta com o aumento da vazão, em razão da maior 
velocidade do fluido e do consequente acréscimo no atrito entre o fluido e as paredes do 
tubo. Além disso, verificou-se que a redução do diâmetro da tubulação provoca aumento 
significativo na perda de carga, confirmando a relação inversamente proporcional prevista 
pela equação de Darcy–Weisbach. 
No dimensionamento da linha de sucção de uma bomba centrífuga, constatou-se que a 
melhor combinação para minimizar perdas é aquela que utiliza tubulações de maior 
diâmetro, menor comprimento e material de superfície mais lisa, como o cobre. Essa 
configuração garante menor resistência ao escoamento, favorecendo o desempenho 
hidráulico e a eficiência energética do sistema. 
Portanto, conclui-se que a escolha adequada do diâmetro, comprimento e material da 
tubulação é fundamental para reduzir as perdas de carga, otimizar o funcionamento de 
equipamentos hidráulicos e assegurar a eficiência global do sistema de bombeamento. 
 
 
 
 
 
 
 
3 – CONVECÇÃO 
3.1 - Qual foi o comportamento das temperaturas 1 e 2 ao variar a potência do 
aquecedor e do exaustor? 
A Tabela 1 apresenta os dadosbrutos de temperatura e potência coletados em uma 
bancada didática para estudo em convecção1. O experimento focou na observação da 
variação das temperaturas (Temperatura 1 - Ts e Temperatura 2 - Ta) em resposta à 
alteração da potência fornecida ao aquecedor, mantendo o exaustor (Cooler) desligado. 
Tabela 1: Dados de Temperatura e Potência (Trechos Selecionados) 
Horário Temperatura 2 (Ta) (∘C) Temperatura 1 (Ts) (∘C) Aquecedor (Potência) 
0 27,0 27,0 0,000000 
46 27,2 27,0 0,000000 
47 27,2 27,0 16,000000 
60 27,5 27,0 25,000000 
78 27,8 26,9 25,000000 
99 28,0 27,0 25,000000 
 
O comportamento das temperaturas 1 Ts e 2 Ta em relação à potência do aquecedor foi o 
seguinte: 
1. Potência do Aquecedor Nula (Horário 0 a 46): As temperaturas 1 e 2 
permaneceram em equilíbrio, variando minimamente entre 27,0º C e 27,2º C. 
2. Potência do Aquecedor Ativada (Horário 47 a 99): 
o O aquecedor foi ligado e estabilizou em uma potência de 25,000000 
o A Temperatura 2 Ta (temperatura do fluido) aumentou gradual e 
continuamente, indo de 27,2 ºC para 28,0 ºC. Este aumento se deve à 
transferência de calor do aquecedor para o fluido. 
o A Temperatura 1 Ts (temperatura de superfície) permaneceu quase 
constante, variando minimamente entre 26,9 ºC e 27,0 ºC. 
O aumento da potência do aquecedor resultou em um aumento direto e significativo na 
temperatura do fluido (T2), enquanto a temperatura de superfície (T1) mostrou-se muito 
menos sensível à variação de potência. O exaustor (Cooler) permaneceu desligado, não 
influenciando o sistema 
Conclusão 
Portanto com base no experimento realizado, observou-se que o aumento da potência do 
aquecedor provocou uma elevação gradual da temperatura do fluido (Ta), enquanto a 
temperatura de superfície (Ts) manteve-se praticamente constante. Esse comportamento 
evidencia o processo de transferência de calor por convecção, no qual a energia térmica 
é transmitida do aquecedor para o fluido em movimento, resultando no aumento da 
temperatura do ar ao redor. 
Durante o período em que o aquecedor permaneceu desligado, as temperaturas 
mantiveram-se em equilíbrio térmico, variando minimamente em torno de 27 °C. Com a 
ativação do aquecedor, a temperatura do fluido subiu de forma contínua, confirmando a 
relação direta entre a potência térmica fornecida e o aquecimento do fluido. 
Como o exaustor (cooler) permaneceu desligado, não houve influência convectiva 
forçada, predominando o mecanismo de convecção natural, onde o movimento do fluido 
ocorre apenas pela diferença de densidade entre as regiões aquecidas e frias. 
Portanto, conclui-se que a potência do aquecedor afeta diretamente a temperatura do 
fluido, caracterizando um processo de convecção natural, no qual o aquecimento é mais 
perceptível no fluido do que na superfície aquecida, devido à dinâmica de transferência 
de calor entre as camadas de ar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 – RADIAÇÃO E TROCADORES DE CALOR 
4.1 - Quais critérios devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de 
trocador 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. 
4.2 - 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? 
O trocador de calor de placas apresenta maior eficiência em comparação ao trocador do 
tipo casco e tubos devido a características construtivas e de escoamento que favorecem a 
transferência térmica. 
Em primeiro lugar, o trocador de placas possui maior área de troca de calor por unidade 
de volume, já que suas placas finas e corrugadas formam diversos canais estreitos por 
onde os fluidos escoam. Essa configuração proporciona maior contato entre as superfícies 
quentes e frias. 
Além disso, o formato corrugado das placas promove escoamento turbulento mesmo em 
baixas velocidades, o que reduz a resistência térmica da camada limite e aumenta 
significativamente o coeficiente global de transferência de calor (U). 
Outro fator importante é o regime de escoamento contracorrente real, que permite um 
melhor aproveitamento da diferença de temperatura entre os fluidos, resultando em uma 
maior eficiência térmica. 
Em resumo, o trocador de calor de placas é mais eficiente porque combina alta área de 
troca, turbulência intensa e melhor aproveitamento térmico, proporcionando maior 
transferência de calor em menor espaço físico quando comparado ao trocador do tipo 
casco e tubos. 
4.3 - 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 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. 
 
 
 
 
Conclusão 
Conclui-se que a análise dos fenômenos de radiação e dos diferentes tipos de trocadores 
de calor permitiu compreender a importância do correto dimensionamento e escolha do 
equipamento para garantir eficiência térmica e economia de energia nos processos 
industriais. 
Verificou-se que a seleção de um trocador de calor deve considerar critérios como o tipo 
de fluido, temperatura e pressão de operação, material de construção, facilidade de 
manutenção, custo, e espaço disponível. Esses fatores influenciam diretamente o 
desempenho e a durabilidade do sistema. 
Comparando os modelos estudados, constatou-se que o trocador de calor de placas 
apresenta maior eficiência térmica em relação ao do tipo casco e tubos, devido à maior 
área de troca por volume, à formação de escoamento turbulento mesmo em baixas vazões 
e ao escoamento contracorrente real, que melhora o aproveitamento da diferença de 
temperatura entre os fluidos. 
Por fim, foi possível observar que a vazão do fluido exerce influência direta sobre a taxa 
de transferência de calor — quanto maior a vazão, maior será a capacidade do sistema de 
remover ou fornecer energia térmica, desde que mantidas constantes as demais variáveis. 
Portanto, conclui-se que a eficiência global de um trocador de calor depende da interação 
entre vazão, tipo construtivo e condições operacionais, sendo essencial equilibrar esses 
fatores para alcançar o melhor desempenho térmico e energético em aplicações práticas.