CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA Pró-Reitoria Acadêmica Setor de Pesquisa

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1 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Civil, Engenharia Elétrica, Engenharia de Produção, Engenharia Mecânica Curso (s) : Engenharia Civil, Engenharia Elétrica, Engenharia de Produção, Engenharia Mecânica Nome do projeto: BANCADA DE MANÔMETROS DE COLUNA Nome do professor orientador: Luizildo Pitol Filho Nome do professor co-orientador: Nome do coordenador(a) do Curso: Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense FERJ, mantenedora do Centro Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital nº.../2014 Programa de Bolsas de Estudo da Educação Superior UNIEDU, da Secretaria de Estado da Educação de Santa Catarina, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Jaraguá do Sul, 20 de outubro de 2014 Professor orientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO Orientações para organização do texto( projeto): Fonte: Times New Roman ou Arial, 12. Espaçamento entre linhas simples, o texto deverá estar justificado. Todos os autores deverão estar corretamente citados no texto e descritos nas referências. Título do Projeto: BANCADA DE MANOMETROS DE COLUNA Tipo de Projeto ( 12 meses ) (X) Apresentado pelo professor; Resumo do Projeto O projeto consiste na construção de uma bancada de manômetros de coluna na qual será possível realizar diversos experimentos relacionados de mecânica dos fluidos. Atualmente, no Laboratório de Mecânica dos Fluidos, já estão disponíveis painéis com diferentes configurações de manômetros de coluna, para serem utilizados na bancada. O presente projeto propõe a construção de novos painéis e a finalização da bancada, para que seja utilizada nas disciplinas de Fenômenos de Transporte I e de Mecânica dos Fluidos. Problematizacão (Problema de pesquisa) Texto limitado em até 200 palavras É notória a importância da disciplina de mecânica dos fluidos na formação dos alunos de engenharia, porém ao tratar de fenômenos específicos presentes na estática dos fluidos tem-se dificuldade para um total entendimento do comportamento dos diferentes fluidos bem como para compreender o funcionamento dos dispositivos de medição de pressão. A construção deste dispositivo didático permitirá uma fácil visualização de tais fenômenos físicos bem como a comprovação da teoria por meio da experimentação. Em um projeto anterior, foram montados painéis com manômetros de coluna. O que se propõe agora é a construção de novos painéis e a finalização da bancada, para que seja utilizada nas disciplinas de Fenômenos de Transporte I e de Mecânica dos Fluidos, nos diversos cursos de Engenharia da Instituição. Texto limitado a 20 linhas Justificativa (descrever o problema de pesquisa e sua importância científica, tecnológica e sócio-econômico-ambiental para a região ) O desenvolvimento deste dispositivo didático irá complementar os fundamentos teóricos discutidos na disciplina de Mecânica dos Fluidos, dos cursos de Engenharia Mecânica e Civil e na disciplina de Fenômenos de Transporte I, nas Engenharias Elétrica e de Produção. Com a visualização dos fenômenos físicos envolvendo estática dos fluidos será possível melhorar o processo de aprendizagem dos alunos da instituição tornando as aulas mais dinâmicas envolvendo os alunos diretamente na aplicação da teoria aprendida. Além disso, por ser fabricado dentro da instituição o dispositivo terá seu custo reduzido gerando uma economia de recursos. Com a construção desta bancada para realização de experimentos os alunos terão um melhor aproveitamento das disciplinas que envolvam o estudo da mecânica dos fluidos o que resultará em profissionais melhor preparados para o mercado de trabalho. Os cursos de Engenharia recentemente adquiriram bancadas didáticas, porém mais complexas e que não permitem adaptações ou variações do experimento principal. A bancada proposta no presente projeto conterá diversos experimentos, 3

3 que podem ser combinados ou tratados isoladamente, a fim de compreender conceitos específicos. Além disso, haverá um espaço na bancada para que, nas aulas práticas de mecânica dos fluidos, os acadêmicos montem seus próprios experimentos, quando houver interesse por algum processo que ali não esteja representado. Objetivo Geral: ( Onde estamos...onde queremos chegar.) Texto limitado a 20 linhas Construção de uma bancada de manômetros para a realização de experimentos na disciplina de mecânica dos fluidos, com foco no conteúdo de estática dos fluidos com o objetivo de melhorar o aproveitamento dos alunos e assim aprimorar seu entendimento da fundamentação teórica por meio de aplicação pratica da mesma. Objetivos específicos ( Etapas que devem ser cumpridas para se atingir o objetivo geral.) Texto limitado a 05 linhas - Construir painéis novos de manômetros de coluna, incluindo o experimento de Darcy; - Montar a bancada completa; - Elaborar roteiros de experimentos. Texto limitado a 15 linhas Metodologia (Descrição dos procedimentos, instrumentos( questionários, formulários, entrevistas, softwares), técnicas e materiais(equipamentos) a serem utilizados na execução do projeto). A Figura 1 mostra um esquema da bancada didática proposta. Figura 1 Bancada didática de mecânica dos fluidos. 4

4 Na Figura 1, verifica-se que a bancada didática permite realizar vários experimentos separadamente ou em conjunto. No esquema 1a, um manômetro de coluna está conectado a uma linha de água, a fim de obter a variação da pressão em função da vazão de água. À saída do experimento a, as válvulas permitem que se siga a demais experimentos ou que se escoe a água para uma proveta, onde se pode obter a vazão volumétrica. No experimento de perda de carga (1b), dois manômetros estão conectados a um escoamento que pode ter ou não acidentes, habilitando os acadêmicos a calcular a perda de carga. No experimento 1c, dois manômetros de tubo inclinado estão conectados a uma tubulação onde com uma expansão e redução, permitindo que se visualize a variação de pressão em função da área de escoamento. No experimento 1e, em que a vazão de água se divide em duas correntes, uma superior e outra inferior, com uma variação de altura, poderá se explorar os conceitos de balanço de massa e de variação de energia potencial, já que estão a distintas cotas. Finalmente, combinando-se todo o circuito, e utilizando-se os manômetros em (a) e em (f), pode-se calcular a variação da carga total no sistema. A bancada ainda tem um espaço reservado para que os próprios acadêmicos que estão realizando a prática criem novos experimentos, para estudar escoamentos que acreditem ser interessantes. Todos os manômetros podem ser confeccionados em acrílico e o fluido manométrico pode ser iodo dissolvido em clorofórmio, ou mercúrio, de acordo com a disponibilidade. A construção não é complexa, nem requer conhecimentos que os acadêmicos ainda não tenham adquirido. Além disso, possibilitará aos mesmos apreender de antemão conceitos que serão vistos nas disciplinas subsequentes do curso, tais como Fenômenos de Transporte. Em um projeto anterior, já foram construídos três painéis, representados nos esquemas 1a, 1b e 1d, sendo necessário então construir os painéis referentes aos esquemas 1c, 1e e 1f. Além disso, o presente projeto propõe a construção de um painel para estudar a Lei de Darcy, para estudar o escoamento de água em uma coluna recheada com esferas ou anéis de vidro. Neste caso, seria determinada a permeabilidade da coluna, através de dois manômetros de coluna posicionados em diferentes posições. Finalmente, a bancada será montada em uma mesa, com uma placa de madeira na vertical, com suportes para fixar os diferentes painéis. Para evitar a perda de água, um reservatório será instalado na parte inferior da bancada e a água será bombeada para os painéis através de uma bomba centrífuga ou peristáltica, de acordo com a potência necessária. O acadêmico calculará a potência da bomba, levando em conta o circuito montado que necessite maior carga. Texto limitado em 02 página Fundamentação Teórica Manômetros de coluna Em estática dos fluidos (BRUNETTI, 2010; FOX et al, 2010; SCHMIDT et al, 2004), é estudado o comportamento dos fluidos quando estes estão em repouso ou em um tipo de movimento na qual as partículas de fluido adjacentes não apresentam movimento relativo. Nestas condições as tensões de cisalhamento aplicadas nas superfícies das partículas do fluido são nulas e portanto a única força atuante é provocada pela pressão. Um dos instrumentos que empregam os princípios da estática dos fluidos é o manômetro de coluna, conforme a Figura 2, que, por meio da variação das colunas de fluido, permite medir a pressão em um escoamento. 5

5 Figura 2 Exemplos de manômetros de coluna Fonte: Brunetti, 2010 A Fig. 2a mostra um manômetro do tipo tubo em "U", aberto para a atmosfera e conectado a uma tubulação, que permite medir a pressão do fluido escoando na tubulação, pela variação de cota h. A pressão no tubo neste caso é determinada definindo um ponto 1 no centro do tubo e um ponto 2 na superfície da coluna da direita. Então, usando a Eq. (1): =h (1) Em que P é a pressão absoluta (Pa), γ expressa o peso específico do fluido (N/m 3 ), g é a aceleração da gravidade e h representa o nível de líquido (m). O caso de um manômetro contendo dois fluidos, sendo um fluido de trabalho e o outro manométrico é representado na Figura 2b. Neste caso, a diferença entre as pressões na tubulação (1) e a atmosférica (3) é dada pela Eq. (2): = (2) Na Eq. (2), a pressão na tubulação é função dos pesos específicos de ambos os fluidos (índice 1 para o fluido de trabalho e índice 2 para o fluido manométrico) e das alturas de coluna de cada fluido. Lei de Darcy A Figura 3 a seguir permite determinar o coeficiente de permeabilidade de um leito arenoso, através da vazão volumétrica de fluido, utilizando dois manômetros de coluna conectados ao leito. 6

6 Figura 3 Experimento da Lei de Darcy Fonte: Rosa et. al, Na Figura 3, a vazão de água (q, expressa em m 3 /s) que atravessa o leito arenoso pode ser calculada pela Eq. (3): = (3) Em que k é a constante de permeabilidade, característica para o leito (m/s), A representa a área de escoamento (m 2 ), L o comprimento do leito arenoso (m) e h1 e h2 as alturas de fluido na entrada e na saída do leito. No presente projeto, ao invés de um leito arenoso, serão utilizados recheios de esferas ou anéis de vidro. Texto limitado em até 05 páginas 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Término 7

7 Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Término Projeto didático 1ª Fase - Nesta Fase será feito toda a pesquisa e cálculos necessários para o desenvolvimento do projeto. Pesquisa (Mecânica dos Fluidos, Desenvolvimento de Cálculos, Normas técnicas, Metodologia Científica, Bibliografia ). 01 /04 01/05 Projeto Técnico 2ª Fase - Projeto elaborado em software 3D Dimensionamento, Detalhamento, Esquema de Funcionamentos, documentos de fabricação, documentos de Processos. 01 / 04 01/06 Execução Prática e Compra dos Materiais. Testes Práticos 3ª Fase Realizar a construção do equipamento. 4ª Fase Serão realizados testes para verificar o funcionamento e ajustes necessários Orçamento e aquisição dos materiais necessários para a construção física da bancada, de acordo com o desenvolvimento didático e projeto elaborado. Executar testes práticos da bancada, elaborar relatórios de conclusão relacionados aos testes com a metodologia utilizada. 01 / 05 01/08 01/08 01/03/2016 8

8 Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Término Trabalho de Conclusão e Apresentação E disponibilização da bancada para o uso. 5ª Fase Comprovação elaborada relacionada ao desenvolvimento teórico e execução de testes. Elaborar e 01/03/ /04/2016 desenvolver um trabalho abrangendo todas as etapas de desenvolvimento e execução do projeto, e elaboração de apresentação para congresso de iniciação Científica. 4. REFERÊNCIAS ( Descrever as utilizadas na elaboração do projeto.todas as referências deverão estar citadas no corpo do projeto, conforme normas ABNT) BRUNETTI, Franco. Mecânica dos fluidos. 2ªEd. São Paulo, Pearson Eduacation do Brasil, FOX, Robert W.; PRITCHARD, Philip J; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. ROSA, Adalberto José; CARVALHO, Renato de Souza; XAVIER, José Augusto Daniel. Engenharia de Reservatórios de Petróleo. 1ª ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2006, 808p. SCHMIDT, Frank W.; HENDERSON, Robert E.; WOLGEMUTH, Carl H.. Introdução às ciências térmicas: termodinâmica, mecânica dos fluidos e transferência de calor. São Paulo: Edgard Blücher, p. 9

9 5. RESUMO DO ORÇAMENTO: VALOR MÁXIMO DE R$ 900,00 FERJ PROINPES Contrapartida (quando houver parcerias) Total R$ Elementos de Despesa Quantidade Preço Unitário R$ Quantidade Preço Unitário R$ Participação em eventos 1 Passagens e Despesa de Locomoção. Material de Consumo ( descrever todos os itens ex: Papel A4, disquetes,etc..) Aquisição de Livros * Cópias monocromáticas, 1 50,00 50,00 fotocópia colorida, fotos aéreas, mapas, plotagens, cópias em metro. Equipamentos e Material 850,00 850,00 Permanente ** Outros ( Descrever conforme padrão) Total do Projeto 900,00 900,00 * O valor não poderá exceder a 15 % do valor total solicitado para a execução do projeto. ** O valor solicitado deverá respeitar os critérios dispostos no Edital. 6-CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) (Especificar o período em que os elementos de despesas serão solicitados) Objetivo Específico Execução Prática e Compra dos Materiais. Trabalho de Conclusão e Apresentação E disponibilização da bancada para o uso. Elementos de despesas Equipamentos e material permanente Primeiro Segundo Terceiro trimestre trimestre trimestre R$ 300,00 R$ 300,00 R$ 250,00 Quarto trimester Banner R$ 50,00 1 Deverá estar justificada a despesa na Metodologia do projeto e aprovada pela Coordenação do PROINPES 10

10 7. EQUIPE (Breve histórico da equipe e de sua experiência na área do projeto) Importante: Anexar Currículo Lattes 2 (atualizado nos últimos 06(seis) meses), completo para toda a equipe envolvida no projeto. O professor orientador leciona as disciplinas de Fenômenos de Transporte I e II nas Engenharias Elétrica e de Produção, o que o habilita a orientar o presente projeto. O professor já orientou um projeto nesta área, que permitiu a construção de três painéis. Este projeto vem complementar aquele trabalho desenvolvido anteriormente. Texto limitado em 01 página 11