LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
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- Tiago Tavares Bonilha
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1 LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I Prof. Gerônimo Virgínio Tagliaferro
2 FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Programa Resumido 1) Cominuição e classificação de sólidos granulares 2) Medidas de Vazão em líquidos 3) Determinação do perfil de velocidades em tubos 4) Esvaziamento de tanques cilíndricos 5) Determinação do fator de atrito em tubulações 6) Perfis de temperatura em barras de seção circular 7) Transferência de calor por convecção
3 FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Programa 1) Cominuição e classificação de sólidos granulares: moagem de sólidos e análise granulométrica com peneiras padronizadas. 2) Medidas de Vazão em líquidos: determinação da vazão com utilização de placa de orifício, Venturi e rotâmetro 3) Determinação do perfil de velocidades em tubos: com emprego de um tubo de Pitot, determinar a variação da velocidade em função da posição radial em tubos. 4) Esvaziamento de tanques cilíndricos: aplicação das equações de conservação de massa e energia na determinação do tempo de esvaziamento de tanques e comparação com dados experimentais. 5) Determinação do fator de atrito em tubulações: avaliação do fator de atrito em função do número de Reynolds em tubulações. 6) Perfis de temperatura em barras de seção circular: processos envolvendo condução e convecção em barras de vários materiais e diferentes diâmetros. Aplicação do princípio das aletas. 7) Transferência de calor por convecção: medidas da variação de temperatura em corpos de várias geometrias e materiais diferentes e comparação com a análise concentrada para regime transiente.
4 EMENTA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Experimento 1: Estudo do tempo de escoamento de líquidos em função da altura, para recipiente cilíndricos. Experimento 2: Determinação da variação da temperatura com o tempo, no centro de diferentes formas sólidas 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.
5 EMENTA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL Experimento 4: Estudo do perfil de em aletas, superfícies estendidas. Experimento 5: Estudo da medição da vazão em rotâmetro, placa de orifício e tubo de venture Experimento 6: Estudo da cominuição e análise granulométrica de sólidos granulares.
6 FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL AVALIAÇÃO: P1 = Prova Teórica MR = Média dos Relatórios Experimentais (6 experimentos) MÉDIA = P1 MR 2 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
7 Cinco grupos formados Grupos/ Datas 16/08/17 23/08/17 30/08/17 13/09/17 20/09/17 27/09/17 04/10/17 18/10/17 25/10/17 08/11/17 Grupo 1 Exp 1 Exp3 - Exp2 - Exp5 Exp6 - - Exp4 Grupo 2 Exp2 - Exp1 Exp3 - Exp4 - Exp5 Exp6 - Grupo 3 Exp3 - Exp2 - Exp1 Exp6 - Exp4 - Exp5 Grupo 4 - Exp1 Exp3 - Exp2 Exp4 Exp6 Exp5 - Grupo 5 - Exp2 - Exp1 Exp3 Exp5 - Exp4 Exp6 Prova P1 22/11/2017 Na sala 106.
8 ELABORAÇÃO DO RELATÓRIO CIENTÍFICO Capa: Título do Experimento e identificação do grupo e dos integrantes (nome e número de matrícula) Sumário (resumo) Introdução Materiais e Métodos Resultados e Discussão Conclusão Referências Bibliográficas
9 EXPERIMENTO 1 ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS
10 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS INTRODUÇÃO A experiência consiste em analisar através de dutos a vazão de água de um recipiente cilíndrico e também as aplicações das equações de conservação de energia e conservação da massa para escoamento em recipiente de formato cilíndrico com duto de saída também cilíndrico. Tem por objetivo também mostrar a importância da formulação teórica para a comparação com as medidas experimentais.
11 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS ARRANJO FÍSICO
12 ARRANJO FÍSICO
13 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:
14 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS OUTRAS RELAÇÕES RELEVANTES
15 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
16 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
17 EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
18 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 do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório.
19 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 do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório.
20 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 do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório.
21 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 cada duto (A, B, C, D, E, F).
22 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 (%)
23 EXPERIMENTO 2 DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE
24 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE INTRODUÇÃO Esta experiência visa principalmente a determinação da temperatura no centro geométrico de diferentes formas sólidas (placa, cilindro e esfera). Será feita também a comparação com a análise transiente de parâmetros concentrados, objetivando verificar a validade da hipótese de parâmetros concentrados.
25 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE ARRANJO FÍSICO
26 ARRANJO FÍSICO
27 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE EQUAÇÕES QUE REGEM O FENÔMENO
28 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE
29 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
30 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
31 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE 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. NO TOTAL SERÃO 6 TABELAS
32 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE Geometrias: Placa Cilindro Esfera Materiais: Cobre e Alumínio
33 EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA CONSTANTE RESULTADOS Plotar os gráficos: Temperatura x tempo (experimental) Temperatura x tempo (teórico) Comparar e discutir os resultados encontrados.
34 EXPERIMENTO 3 ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS
35 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS 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.
36 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS ARRANJO FÍSICO
37 ARRANJO FÍSICO UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
38 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS EQUAÇÕES QUE REGEM O FENÔMENO
39 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO
40 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO
41 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS 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.
42 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS 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.
43 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Anotar a temperatura da água em cada coleta e ao final do experimento adotar o valor médio da temperatura da água; Temperatura média para referência na determinação: H2O, H2O, Hg
44 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo da vazão mássica: m m c m t balde Onde: m c = m água + m balde (massa do conjunto)
45 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo da velocidade: Onde: A = área do tubo V m A
46 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo de p: h p Hg H 2 O Adotar g = 9,81 m/s 2
47 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo de hd: h d p H 2O
48 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo de Re: Re Vd
49 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo do fator de atrito (f): d f hd L 2g V 2 Onde: d = diâmetro do tubo L = comprimento do tubo
50 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO Cálculo da rugosidade relativa ( /d) Equação de Colebrook: 1 / d 0,86 ln f 3,7 2,51 Re f Onde d = diâmetro do tubo
51 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS PROCEDIMENTO A partir da rugosidade relativa ( /d), determinar a rugosidade do tubo ( )
52 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS RESULTADOS Completar a tabela h (mmhg) p (Pa) h d (m) m (kg/s) V (m/s) f Re /d (m)
53 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS RESULTADOS Plotar o gráfico perda de carga x vazão Plotar em escala di-log f x Re f x /d
54 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS RESULTADOS Calcular a rugosidade do tubo Calcular o número de Reynolds
55 EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO DE LÍQUIDOS RESULTADOS Comparação entre o valor calculado e o valor tabelado para pesquisar o valor de tabelado para o tubo de latão Erro (%) = tab exp exp 100
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