Mecanica dos fluidos

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<p>Faculdade Anhanguera</p><p>Relatório aulas Práticas</p><p>Fenômenos de transporte</p><p>Aulas Práticas 1, 2, 3 e 4</p><p>Aluno: Guilherme Boneli Fadel</p><p>Professor:Eduardo Ferracin Moreira</p><p>Porto Ferreira</p><p>Outubro 2024</p><p>Aula Prática 1</p><p>Estática dos Fluídos</p><p>Objetivos:</p><p>Determinar a viscosidade de diferentes fluidos;</p><p>Diferenciar a viscosidade dinâmica e a viscosidade cinemática;</p><p>Compreender a relação entre a velocidade de escoamento e as propriedades dos fluidos;</p><p>Compreender a lei de Stokes através da aplicação do viscosímetro na determinação da viscosidade do fluido.</p><p>Procedimentos:</p><p>1) Acessar o laboratório virtual do site da ALGETEC. Em seguida clicar em cursos, buscar a aba Labs Específicos de Engenharia. Após, selecionar o Laboratório de Mecânica dos Fluidos e por fim acessar a prática Ensaio de viscosidade_viscosímetro de Stokes.</p><p>2) Esta prática não necessita da utilização de EPI. Entretanto, para que não haja contaminação dos fluidos utilizados, os tubos com fluidos que não estiverem em utilização devem permanecer fechados, evitando que as amostras dos fluidos possam ser contaminadas. Além disso, as esferas devem ser higienizadas antes de cada utilização.</p><p>3) ENCONTRANDO A VELOCIDADE DE ESCOAMENTO - a determinação da velocidade de escoamento das esferas metálicas requer diversas medidas de tempo de queda entre dois pontos conhecidos. Acione o cronômetro. Em seguida, mova uma das esferas para o tubo que contém água. Cronometre o tempo de queda e repita esse procedimento mais três vezes. Em seguida, troque a esfera e repita o mesmo procedimento. Preencha a tabela. Repita o mesmo procedimento nas tubulações contendo óleo e glicerina. Preencha outras duas tabelas iguais a Tabela 1, apenas trocando no cabeçalho da tabela para: Tubo com óleo 5W20 e Tubo com glicerina, respectivamente.</p><p>4) DETERMINANDO A VISCOSIDADE – Para o cálculo da viscosidade dinâmica neste experimento, deve ser utilizada a seguinte equação:</p><p>Os dados necessários para aplicar esta equação são apresentados abaixo:</p><p>• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (água) é de 1000 kg/m³;</p><p>• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (5w20) é de 852 kg/m³ ;</p><p>• 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (glicerina) é de 1250 kg/m³;</p><p>• 𝜌𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 é de 7850 kg/m³;</p><p>• 𝑔 é de 9,81 m/s². Utilize também as velocidades de escoamento calculadas anteriormente.</p><p>Os valores reais da viscosidade cinemática dos fluidos utilizados neste experimento são:</p><p>• A viscosidade cinemática da água é de 9,86 × 10−7 m²/s.</p><p>• A viscosidade cinemática do óleo 5W20 é de 5,05 × 10−5 m²/s.</p><p>• A viscosidade cinemática da glicerina é de 6,61 × 10−4 m²/s.</p><p>Resultados:</p><p>Tubo com água</p><p>Diâmetro esfera</p><p>Tempo de queda (s)</p><p>Média do tempo de queda (s)</p><p>Distância percorrida (mm)</p><p>Velocidade média (m/s)</p><p>10mm</p><p>1,29</p><p>1,30</p><p>1,21</p><p>1,26</p><p>1,26</p><p>900</p><p>0,714</p><p>8mm</p><p>1,29</p><p>1,30</p><p>1,32</p><p>1,29</p><p>1,30</p><p>900</p><p>0,692</p><p>6mm</p><p>1,37</p><p>1,40</p><p>1,33</p><p>1,40</p><p>1,37</p><p>900</p><p>0,657</p><p>5mm</p><p>1,49</p><p>1,39</p><p>1,33</p><p>1,31</p><p>1,38</p><p>900</p><p>0,652</p><p>Agua</p><p>Diâmetro da esfera</p><p>Velocidade média (m/s)</p><p>Velocidade corrigida (m/s)</p><p>Viscosidade dinâmica</p><p>(kg/(m.s))</p><p>Viscosidade cinemática</p><p>(m^2/s)</p><p>Erro relativo percentual</p><p>10mm</p><p>0,714</p><p>1,389</p><p>0,3939</p><p>0,0003939</p><p>398,4929</p><p>8mm</p><p>0,692</p><p>1,301</p><p>0,2403</p><p>0,0002403</p><p>242,71197</p><p>6mm</p><p>0,657</p><p>1,215</p><p>0,1541</p><p>0,0001541</p><p>155,28803</p><p>5mm</p><p>0,652</p><p>1,177</p><p>0,1124</p><p>0,0001124</p><p>112,99594</p><p>Tubo com óleo 5W20</p><p>Diâmetro esfera</p><p>Tempo de queda (s)</p><p>Média do tempo de queda (s)</p><p>Distância percorrida (mm)</p><p>Velocidade média (m/s)</p><p>10mm</p><p>1,41</p><p>1,26</p><p>1;41</p><p>1,42</p><p>1,37</p><p>900</p><p>0,657</p><p>8mm</p><p>1,55</p><p>1,54</p><p>1,58</p><p>1,62</p><p>1,57</p><p>900</p><p>0,573</p><p>6mm</p><p>1,91</p><p>1,87</p><p>1,92</p><p>1,86</p><p>1,89</p><p>900</p><p>0,476</p><p>5mm</p><p>2,26</p><p>2,29</p><p>2,23</p><p>2,22</p><p>2,25</p><p>895</p><p>0,397</p><p>5w20</p><p>Diâmetro da esfera</p><p>Velocidade média (m/s)</p><p>Velocidade corrigida (m/s)</p><p>Viscosidade dinâmica</p><p>(kg/(m.s))</p><p>Viscosidade cinemática</p><p>(m^2/s)</p><p>Erro relativo percentual</p><p>10mm</p><p>0,657</p><p>1,358</p><p>0,37562</p><p>0,0004408</p><p>772,8712</p><p>8mm</p><p>0,573</p><p>1,250</p><p>0,29657</p><p>0,0003480</p><p>589,1089</p><p>6mm</p><p>0,476</p><p>1,155</p><p>0,21732</p><p>0,0002550</p><p>404,9504</p><p>5mm</p><p>0,397</p><p>1,108</p><p>0,18870</p><p>0,0002214</p><p>338,4158</p><p>Tubo com glicerina</p><p>Diâmetro esfera</p><p>Tempo de queda (s)</p><p>Média do tempo de queda (s)</p><p>Distância percorrida</p><p>(mm)</p><p>Velocidade média (m/s)</p><p>10mm</p><p>3,94</p><p>3,88</p><p>3,76</p><p>3,95</p><p>3,88</p><p>900</p><p>0,232</p><p>8mm</p><p>5,63</p><p>5,52</p><p>5,49</p><p>5,37</p><p>5,50</p><p>900</p><p>0,163</p><p>6mm</p><p>8,69</p><p>8,61</p><p>8,58</p><p>8,64</p><p>8,63</p><p>900</p><p>0,104</p><p>5mm</p><p>12,17</p><p>11,80</p><p>11,56</p><p>11,70</p><p>11,80</p><p>895</p><p>0,075</p><p>Glicerina</p><p>Diâmetro da esfera</p><p>Velocidade média (m/s)</p><p>Velocidade corrigida (m/s)</p><p>Viscosidade dinâmica</p><p>(kg/(m.s))</p><p>Viscosidade cinemática</p><p>(m^2/s)</p><p>Erro relativo percentual</p><p>10mm</p><p>0,232</p><p>0,358</p><p>1,00322</p><p>0,0008025</p><p>21,40696</p><p>8mm</p><p>0,163</p><p>0,234</p><p>0,98326</p><p>0,0007866</p><p>19,00151</p><p>6mm</p><p>0,104</p><p>0,138</p><p>0,938101</p><p>0,0007504</p><p>13,52496</p><p>5mm</p><p>0,075</p><p>0,095</p><p>0,942071</p><p>0,0007536</p><p>14,00908</p><p>Conclusão:</p><p>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</p><p>R: Os resultados experimentais de viscosidade cinemática da água não devem ser utilizados para representar a viscosidade da água pois apresentam um alto erro relativo percentual, assim como o óleo 5w20, diferentemente da glicerina que apresenta maior confiabilidade nos dados obtidos com os experimento, apresentando menor erro relativo percentual.</p><p>Quais são as principais fontes de erros para este experimento?</p><p>R: Diversos fatores podem explicar as diferenças encontradas nos valores, incluindo, medição do tempo, temperatura, tamanho das esferas e pressão.</p><p>O tempo de reação do operador do cronômetro ao ligar o mesmo e soltar a esfera pode ser o fator que mais influencia nos resultados.</p><p>Aula 2</p><p>Objetivos:</p><p>- Determinar a vazão em uma tubulação.</p><p>- Identificar as características dos tipos de escoamento: laminar, transição e turbulento.</p><p>-Relacionar o comportamento do fluido com o número de Reynolds.</p><p>Procedimentos:</p><p>1) Acessar o laboratório virtual do site da ALGETEC. Em seguida clicar em cursos, buscar a aba Labs Específicos de Engenharia. Após, selecionar o Laboratório de Mecânica dos Fluidos e por fim acessar a prática Experimento de Reynolds.</p><p>2) Quanto a segurança no laboratório de engenharia, esta prática requer o uso de sapatos fechados e cabelos presos.</p><p>3) VERIFICANDO O POSICIONAMENTO DAS VÁLVULAS: você deverá verificar a posição das válvulas de acordo com a tabela abaixo. As alterações necessárias devem ser feitas com a bancada desligada. Mude o posicionamento das válvulas se necessário clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas. OBS: o diâmetro interno no tubo de Reynolds é D = 44 mm</p><p>4) HABILITANDO AS BOMBAS: Posicione a válvula 2c com 40% da sua capacidade, habilite as bombas no painel elétrico e aperte o botão de ligar. Após observar o fluxo de água no rotâmetro, abra a válvula 2c completamente.</p><p>5) ENCHENDO O RESERVATÓRIO DE ÁGUA: Ajuste o potenciômetro para o controle de vazão para que a água entre no reservatório. Em seguida, feche a válvula 13, assim que perceber que o nível de água no reservatório está subindo, feche a válvula 12 após o reservatório encher completamente.</p><p>6) MEDINDO A VAZÃO: Faça a medida do volume de água presente no reservatório. Considere as seguintes dimensões: 400 mm de comprimento, 320 mm de largura e 474 mm de altura. Logo depois, abra a válvula 14 numa porcentagem escolhida por você. Abra também o cronômetro e aperte o start. Espere aproximadamente 1 minuto, feche a válvula 14 e meça novamente o volume contido no reservatório.</p><p>7) OBSERVANDO O REGIME DE ESCOAMENTO: Abra a válvula 15 para que o fluido com corante comece a escoar. Quando observar o fluxo através da pipeta, abra</p><p>a válvula 14, controlando a vazão com mesma porcentagem escolhida no passo anterior. É necessário esperar o fluxo se estabilizar para começar a medição.</p><p>Resultados:</p><p>Determinando a vazão:</p><p>Volume inicial=55.680</p><p>Volume final=53.120</p><p>Vazão=V/T= 2.560/60= 2.560 por minuto.</p><p>Regime de escoamento laminar:</p><p>Q(m/s)==4.267xm/s</p><p>A===1,520xm</p><p>v===2.81xm/s</p><p>Re= = 0,945</p><p>Re=0,945 caracterizando como fluxo de escoamento laminar.</p><p>Conclusão:</p><p>O vazão de escoamento foi de 2.560 por minuto e o Número de Reynolds se manteve abaixo de 2.000 em 945 caracterizando o fluxo como laminar.</p><p>Aula 3</p><p>Objetivos:</p><p>- Identificar a relação de dependência entre a perda de carga e a vazão;</p><p>- Determinar o número de Reynolds para cada caso estudado;</p><p>- Compreender como o material utilizado na fabricação dos condutos influencia na queda de pressão de um fluido em movimento.</p><p>Procedimentos:</p><p>1) Acessar o laboratório virtual do site da ALGETEC. Em seguida clicar em cursos, buscar a aba Labs Específicos de Engenharia. Após, selecionar o Laboratório de Mecânica dos Fluidos e por fim acessar a prática Perda de Carga Distribuída.</p><p>2) POSICIONANDO AS VÁLVULAS DAS BOMBAS Posicione as válvulas na seguinte posição: válvulas A1 e B2 abertas e válvulas B1 e A2 fechadas. Mude a câmera para “Bombas”, “Alt+4”. Em seguida, realize o posicionamento das válvulas clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a manopla (parte laranja).</p><p>3) POSICIONANDO AS VÁLVULAS DAS LINHAS Configure as válvulas correspondentes a linha para realizar cada experimento. Comece a prática com a linha 1 (tubulação de PVC com 32 mm). Posicione as válvulas de acordo com as configurações de cada linha (Parte Frontal da bancada):</p><p>Linha 1 - Tubo de PVC 32mm</p><p>• Válvulas abertas: C2, V03</p><p>• Válvulas fechadas: V04, V05, V06, V07, V08, V09, V10, V11</p><p>Linha 2 - Tubo de PVC 25mm</p><p>• Válvulas abertas: C2, V04</p><p>• Válvulas fechadas: V03, V05, V06, V07, V08, V09, V10, V11</p><p>Linha 3 - Tubo de Cobre 28mm</p><p>• Válvulas abertas: C2, V05</p><p>• Válvulas fechadas: V03, V04, V06, V07, V08, V09, V10, V11</p><p>Linha 4 - Tubo de Acrílico 25mm</p><p>• Válvulas abertas: C2, V06</p><p>• Válvulas fechadas: V03, V04, V05, V07, V08, V09, V10, V11</p><p>4) CONECTAR AS MANGUEIRAS Conecte 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.</p><p>5) LIGAR A BOMBA Mantenha o botão de emergência desativado. Habilite a bomba 2. Posicione o potenciômetro de vazão no centro da sua escala. Ligue o sistema.</p><p>6) VARIANDO A VAZÃO Varie a vazão utilizando o potenciômetro. Anote a vazão, bem como a perda de carga correspondente. Você precisará determinar cinco pontos. Para realizar a prática em outra linha você deverá desligar o painel elétrico, desabilitar a bomba 2 e desconectar a mangueira.</p><p>Resultados:</p><p>Tubo 1: PVC 32mm</p><p>· 2500 lph: Perda por atrito: 0,02687m Perda por pressão: 0,002636 bar</p><p>· 3000 lph: Perda por atrito: 0,03766m Perda por pressão: 0,003695 bar</p><p>· 3600 lph: Perda por atrito: 0,05279m Perda por pressão: 0,005179 bar</p><p>· 4500 lph: Perda por atrito: 0,0789m Perda por pressão: 0,007829 bar</p><p>· 1800 lph: Perda por atrito: 0,014624m Perda por pressão: 0,0014346 bar</p><p>Tubo 2: PVC 25mm</p><p>· 1800 lph: Perda por atrito: 0,04866m Perda por pressão: 0,004774 bar</p><p>· 2500 lph: Perda por atrito: 0,08942m Perda por pressão: 0,008772 bar</p><p>· 3000 lph: Perda por atrito: 0,12534m Perda por pressão: 0,012295 bar</p><p>· 3600 lph: Perda por atrito: 0,17568m Perda por pressão: 0,017234 bar</p><p>· 4500 lph: Perda por atrito: 0,2656m Perda por pressão: 0,026053 bar</p><p>Tubo 3: Cobre 28mm</p><p>· 1800 lph: Perda por atrito: 0,03406m Perda por pressão: 0,003341 bar</p><p>· 2500 lph: Perda por atrito: 0,06258m Perda por pressão: 0,00614 bar</p><p>· 3000 lph: Perda por atrito: 0,08772m Perda por pressão: 0,008605 bar</p><p>· 3600 lph: Perda por atrito: 0,12296m Perda por pressão: 0,012062 bar</p><p>· 4500 lph: Perda por atrito: 0,18588m Perda por pressão: 0,018235 bar</p><p>Tubo 4: Acrilico 25mm</p><p>· 1800 lph: Perda por atrito: 0,0553m Perda por pressão: 0,005425 bar</p><p>· 2500 lph: Perda por atrito: 0,1016m Perda por pressão: 0,009968 bar</p><p>· 3000 lph: Perda por atrito: 0,14242m Perda por pressão: 0,01397 bar</p><p>· 3600 lph: Perda por atrito: 0,19962m Perda por pressão: 0,019583 bar</p><p>· 4500 lph: Perda por atrito: 0,3018m Perda por pressão: 0,029604 bar</p><p>Fontes de Erro</p><p>As principais fontes de erro no experimento podem incluir:</p><p>· Medições imprecisas da vazão.</p><p>· Leitura incorreta do manômetro.</p><p>· Variações na temperatura e densidade da água.</p><p>· Perturbações no escoamento (ex. turbulência).</p><p>· Imperfeições nas superfícies internas dos tubos.</p><p>A discrepância foi alta levando em consideração as diversas medições, e os diversos fatores que podem influenciar o resultado</p><p>Influência do Diâmetro, Material e Vazão</p><p>A perda de carga depende fortemente do diâmetro, material e vazão. Tubos com maior diâmetro geralmente apresentam menor perda de carga. Materiais diferentes têm diferentes rugosidades, afetando o fator de atrito. A vazão afeta a velocidade e, consequentemente, a perda de carga.</p><p>Aula 4</p><p>Objetivos:</p><p>- Compreender o funcionamento de um trocador de calor;</p><p>- identificar qual tipo de trocador de calor possui melhor eficiência trifásica;</p><p>- entender a influência da vazão na transferência de calor.</p><p>Procedimentos:</p><p>1) Acessar o laboratório virtual do site da ALGETEC; Em seguida clicar em cursos, buscar a aba Labs Específicos de Engenharia. Após, selecionar o Laboratório de Transferência de Calor e por fim acessar a prática Experimentos em Trocadores de Calor.</p><p>2) Quanto a segurança no laboratório de engenharia, esta prática requer o uso de sapatos fechados, cabelos presos e luvas de borracha nitrílica.</p><p>3) SELECIONANDO E ENCAIXANDO O TROCADOR DE CALOR: Coloque um dos trocadores de calor sobre a bancada e o conecte aos canos. Faça a prática preferencialmente nesta ordem: trocador de tubos concêntricos, trocador de calor casco tubo e trocador de calor do tipo placas, respectivamente. Visualize os trocadores de calor clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Trocadores” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”. Leve o trocador de calor do tipo tubos concêntricos para a bancada e o encaixe clicando com botão direito do mouse sobre ele e selecionando a opção “Encaixar trocador”.</p><p>4) LIGANDO AS BOMBAS Energize o painel, ligue o aquecedor e espere a temperatura chegar a 60⁰C. Acompanhe a temperatura pelos indicadores, quando ela chegar a 60⁰C, o aquecedor irá se desligar automaticamente, após isso, abra as válvulas e ligue as bombas. Com o botão esquerdo do mouse clique no painel e energize o painel clicando no botão de emergência. Ligue o aquecedor clicando com botão esquerdo do mouse na parte verde do botão “Habilitar Aquecedor”. E para visualizar os indicadores clique com o botão esquerdo em “indicadores”. Para abrir as vávulas clique sobre elas com o botão esquerdo do mouse e para ligar as bombas retorne ao painel e clique com o botão na parte verde de seus respectivos botões.</p><p>5) VARIANDO A VAZÃO Aumente a vazão da bomba dois através do potenciômetro que se encontra no painel e observe a variação de temperatura nos indicadores. Para uma melhor compreensão, observe a variação de temperatura para diferentes vazões.</p><p>Resultados:</p><p>Trocador Tubos Concêntricos</p><p>T1 = 50.56°C - V= 7.5 L/min.</p><p>T3 = 32.90°C x v: 15 L/ min</p><p>T2 = 32.36°C</p><p>T4 = 56.68°C</p><p>Trocador casco tubo</p><p>T1 = 56.1°C - V= 7.8 L/min</p><p>T3 = 32.1°C - V= 15 L/min</p><p>T2 = 31.3°C</p><p>T4 = 51.8°C</p><p>Trocador placas</p><p>T1‎ = 49.7 °C - V= 7.8L/min</p><p>T3 = 36.4 °C - V‎ = 15L/min</p><p>T2 = 33.1 °C</p><p>T4 = 42.4 °C</p><p>1) Quais as principais vantagens da utilização de trocadores de calor?</p><p>R: As principais vantagens dos trocadores de calor são, a troca de calor de maneira rápida e eficiente, e não necessidade de sistemas de refrigeração complexos com sistemas elétricos de ventiladores, ventoinhas,</p><p>placas de petri, etc. reduzindo a complexidade do sistema e a necessidade de manutenção.</p><p>2) Qual tipo de trocador é mais utilizado na indústria de alimentos? Justifique.</p><p>R: O tipo de trocador de calor de calor mais utilizado na indústria de alimentos é o trocador a placas, sua alta eficiência e facilidade de higienização são fatores que tornam esse tipo o mais adequado para a indústria de alimentos</p><p>3) Quais critérios devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de trocador de calor?</p><p>R: Fatores como, o tipo de indústria em que será, a vazão do sistema, o tipo de fluido utilizado (densidade, viscosidade e compatibilidade química), resistência à corrosão, a necessidade de higienização e a manutenção devem ser levados em consideração antes de escolher o tipo de trocador de calor mais adequado para a aplicação.</p><p>4) Qual a influência da vazão na transferência de calor?</p><p>R: O aumento da vazão pode influenciar de maneira negativa na transferência de calor caso a vazão de fluido quente aumente e a vazão de fluido frio se mantenha abaixo da vazão de fluido quente, quanto maior a vazão de fluido quente menor a quantidade de calor trocado devido ao menor tempo de permanência no trocador de calor.</p><p>Referências:</p><p>ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Determinação da Viscosidade de Fluidos. ALGETEC. Sumário Teórico: Determinação da Viscosidade de Fluidos.</p><p>ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Experimento de Reynolds. ALGETEC. Sumário Teórico: Experimento de Reynolds.</p><p>ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Perda de Carga Distribuída. ALGETEC. Sumário Teórico: Perda de Carga Distribuída</p><p>ALGETEC. Roteiro de Experimentos: Trocador de Calor. ALGETEC. Sumário Teórico: Trocador de Calor.</p><p>image10.jpg</p><p>image6.jpg</p><p>image9.jpg</p><p>image1.png</p><p>image11.jpg</p><p>image8.jpg</p><p>image7.jpg</p><p>image2.png</p><p>image5.jpg</p><p>image4.jpg</p><p>image3.jpg</p>