FENÔMENO DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL

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1 FENÔMENO DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Prof. MSc.. Sérgio S R. Montoro 1º semestre de 2012

2 EMENTA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Experimento 1: Estudo do tempo de escoamento de líquidos l em função da altura, para recipiente cilíndricos. Experimento 2: Determinação da variação da temperatura com o tempo, no centro de diferentes formas sólidas s imersas em fluido a temperatura fixa. Experimento 3: Estudo da influência da perda de carga e da rugosidade do tubo no escoamento forçado de líquidos. l

3 FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL AVALIAÇÃO: P = Prova teórica MR = Média dos Relatórios Experimentais (3 experimentos) MF = ( MR + 2P) 3 CRITÉRIO: Aprovação: MF > 5,0 Reprovação: MF < 3,0 Recuperação: 3,0 < MF < 5,0 RECUPERAÇÃO: NF = (MF + PR)/2 onde: PR = prova de recuperação. Aprovação: NF > 5,0 Reprovação: NF < 5,0

4 FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Turmas 5ª 5 feira (manhã e noite) DIAS DAS AULAS: 27/02/2012 a 04/07/2012 Março = I Abril = Maio = T T /04 e 07/06 não haverá aula 14/06 PROVA ESCRITA 10/07 Data máxima para entrega das notas finais e frequência. Junho = Julho = (RECUPERAÇÃO)

5 ESQUEMA DO RELATÓRIO RIO CIENTÍFICO (MÁXIMO DE 10 PÁGINAS) P Capa: Título T do Experimento e identificação do grupo e dos integrantes (nome e número n de matrícula) Sumário (resumo) Introdução Materiais e MétodosM Resultados e Discussão Conclusão Referências Bibliográficas

6 EXPERIMENTO 1 ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS L EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS

7 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS INTRODUÇÃO A experiência consiste em analisar através s de dutos a vazão de água de um recipiente cilíndrico e também m as aplicações das equações de conservação de energia e conservação da massa para escoamento em recipiente de formato cilíndrico com duto de saída também m cilíndrico. Tem por objetivo também m mostrar a importância da formulação teórica para a comparação com as medidas experimentais.

8 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS ARRANJO FÍSICOF

9 ARRANJO FÍSICOF

10 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS EQUAÇÃO QUE REGE O FENÔMENO Equação desenvolvida pelo prof. René Khattar:

11 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS OUTRAS RELAÇÕES RELEVANTES

12 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

13 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

14 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

15 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao professor ao término t do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia c para que possam elaborar o relatório. rio.

16 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao professor ao término t do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia c para que possam elaborar o relatório. rio.

17 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao professor ao término t do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia c para que possam elaborar o relatório. rio.

18 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS RESULTADOS Calcular: V 1, V 2, Re, f, h l, h d, t teórico e o desvio de cada tempo encontrado; Plotar os gráficos t exp versus altura e t teórico versus altura; Completar a tabela a seguir com os devidos valores calculados para p cada duto (A, B, C, D, E, F).

19 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS h (m) t (s) V 1 (m/s) V 2 (m/s) Re f h l (m) h d (m) t teór (s) e (%)

20 EXPERIMENTO 2 DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE

21 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE INTRODUÇÃO Esta experiência visa principalmente a determinação da temperatura no centro geométrico de diferentes formas sólidas s (placa, cilindro e esfera). Será feita também m a comparação com a análise transiente de parâmetros concentrados, objetivando verificar a validade v da hipótese de parâmetros concentrados.

22 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE ARRANJO FÍSICOF

23 ARRANJO FÍSICOF

24 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE EQUAÇÕES QUE REGEM O FENÔMENO

25 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE

26 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

27 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

28 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao professor ao término t do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia c para que possam elaborar o relatório. rio. NO TOTAL SERÃO 6 TABELAS

29 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE Geometrias: Placa Cilindro Esfera Materiais: Cobre e Alumínio

30 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS S IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE RESULTADOS Plotar os gráficos: Temperatura x tempo (experimental) Temperatura x tempo (teórico) Comparar e discutir os resultados encontrados.

31 EXPERIMENTO 3 ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL

32 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL INTRODUÇÃO Esta experiência visa principalmente a aplicação da equação de conservação de energia e conservação da massa para escoamento forçado em recipiente de formato cilíndrico e a utilização de manômetro diferencial na tomada de medições.

33 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL ARRANJO FÍSICOF

34 ARRANJO FÍSICOF UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

35 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL EQUAÇÕES QUE REGEM O FENÔMENO

36 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO

37 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO

38 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao professor ao término do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório. rio.

39 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao professor ao término do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório. rio.

40 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Anotar a temperatura da água em cada coleta e ao final do experimento adotar o valor médio m da temperatura da água; Temperatura média m para referência na determinação: µ H2O, ρ H2O, ρ Hg

41 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo da vazão mássica: m mc m = m t balde Onde: m c = m água + m balde (massa do conjunto)

42 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo da velocidade: Onde: A = área do tubo V = m ρa

43 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo de p: ( γ γ ) h p = Hg H2 O Adotar g = 9,81 m/s 2

44 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo de hd: h d = p γ H2O

45 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo de Re: Re = ρvd µ

46 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo do fator de atrito (f): Onde: d = diâmetro do tubo d f = hd L L = comprimento do tubo 2g 2 V

47 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO Cálculo da rugosidade relativa ( ε/d) Equação de Colebrook: 1 / d = 0,86 ln ε f 3,7 + 2,51 Re f Onde d = diâmetro do tubo

48 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL PROCEDIMENTO A partir da rugosidade relativa ( ε/d), determinar a rugosidade do tubo (ε)(

49 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL RESULTADOS Completar a tabela h (mmhg) p (Pa) h d (m) m (kg/s) V (m/s) f Re ε/d ε (m)

50 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL RESULTADOS Plotar o gráfico perda de carga x vazão Plotar em escala di-log f x Re f x ε/d

51 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL RESULTADOS Calcular a rugosidade do tubo Calcular o número n de Reynolds

52 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOSL RESULTADOS Comparação entre o valor calculado e o valor tabelado para ε pesquisar o valor de ε tabelado para o tubo de latão Erro (%) = ε tab ε ε exp exp 100