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Perda de Carga Em Uma Serpentina

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UFF – Universidade Federal Fluminense Escola de Engenharia TEQ – Departamento de Engenharia Química Laboratório de Engenharia Química I Prof.: Maria Luisa Rodriguez Peçanha PERDA DE CARGA EM UMA SERPENTINA Por: Alan Jordão Ferreira Camila Fontoura Paulo Gabriel Alexandre Vasconcelos Mariana Menezes Niterói – RJ 10 de dezembro de 2012 1. Sinopse 1.1. Finalidades e objetivos A finalidade desta prática é analisar o comportamento do escoame
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  UFF  – Universidade Federal Fluminense Escola de EngenhariaTEQ  – Departamento de Engenharia QuímicaLaboratório de Engenharia Química IProf.: Maria Luisa Rodriguez Peçanha PERDA DE CARGA EM UMA SERPENTINA Por: Alan Jordão FerreiraCamila Fontoura PauloGabriel Alexandre VasconcelosMariana MenezesNiterói  – RJ10 de dezembro de 2012  1. Sinopse 1.1. Finalidades e objetivos A finalidade desta prática é analisar o comportamento do escoamento de um fluidoem uma serpentina e comparar equações para a determinação do fator de atrito. Como asserpentinas apresentam um escoamento muito turbulento e uma grande área de troca térmicapara um pequeno volume, elas são amplamente utilizadas em trocadores de calor na indústriaquímica e nos serviços de refrigeração e aquecimento de ar. Dito isso, esse estudo se mostrade grande utilidade para a compreensão dos fenômenos físicos envolvidos neste sistema. 1.2. Descrição da experiência Utiliza- se uma serpentina de cobre com diâmetro interno de ¼” e comprimento de 7,73m. A rugosidade do material está entre 0,00015 e 0,00025 cm. A serpentina é compostapor 10 espiras com diâmetro de 22,5cm e distância de 2 cm entre elas.A experiência consiste em variar a pressão de 16 a 1psi, em intervalos de 1psi, atravésdo controle da vazão. A água efluente da serpentina é recolhida em um bécher, enquanto otempo de realização desta atividade é cronometrado. A massa de água presente no bécher émedida e através da divisão pelo tempo a vazão mássica é determinada. O procedimento foirealizado três vezes para cada pressão. 1.3. Equações envolvidas nos cálculos Esta prática teve como objetivo calcular a perda de carga em uma serpentina. Para tal,ultilizou-se 2 métodos para calcular o fator de atrito.O primeiro método usado utilizou os valores medidos experimentalmente para calcular osfatores de atrito para vários Reynolds (Re) a partir da Equação de Souza-Cunha-Marques edescobrir o comprimento equivalente da serpentina a partir do gráfico da Equação de Darcypara perda de carga e posteriormente retirando o comprimento equivalente dos acidentes.O segundo método utilizou a Equação de Srinivasan, mais prático para serpentinas, pois aperda de carga é calculada de maneira semelhante ao método anterior, mas usa-se ocomprimento real da serpentina ao invés do comprimento equivalente  Equação de Darcy-Wiesbach:        Equação de Souza-Cunha-Marques: √            Equação de Darcy para perda de carga:               Equação de Srinivasan:    (    )        1.4. Qualidade dos resultados crus Os resultados experimentais se apresentaram dentro da faixa de erro percentualaceitável (menor que 5%). Através da variância sabe-se que os valores são homogêneos. Pode-se afirmar que os dados estão consistentes e não é necessário eliminar nenhuma dasmedições. 1.5. Comparação dos resultados O estudo do escoamento em serpentinas resultou em dados experimentaisconsistentes, porém os resultados da perda de carga calculada pela equação escolhida semostraram divergentes em relação à equação de Srinivasan. 1.6. Conclusão A experiência é simples e clara porém, algumas medidas seriam úteis para minimizarerros de medição, como o emprego de um método de controle de vazão mais eficiente.  1.7. Recomendações    Verificar se o manômetro apresenta oscilação de pressão;    O bécher deve estar molhado ao tarar a balança;    A massa de água recolhida em cada amostra deve ser semelhante;    O cronômetro deve ser manuseado com atenção.    Manutenção e limpeza mais frequente dos elementos de tubulação . 2. Introdução 2.1. Finalidades e objetivos A finalidade desta prática é analisar o comportamento do escoamento de umfluido em uma serpentina e comparar modelos para a determinação do fator de atrito.A serpentina é um duto composto por espiras, em geral, com material de açoou cobre e diâmetro pequeno, com ou sem hélices. Elas são instaladas em umrecipiente conhecido como carcaça, cheio do fluido utilizado para troca de calor.Devido à característica do escoamento turbulento e da grande área de tubulação emum volume pequeno, as serpentinas são amplamente utilizadas para a realização detrocas térmicas,seja para resfriamento ou aquecimento do fluido de processo. Omaior uso de trocadores de calor com serpentina são instalações de ar condicionadode prédios e veículos. Também são utilizadas serpentinas para aquecedores eresfriadores industriais.O escoamento no interior de uma serpentina adiciona à análise clássica deescoamento em tubos retos o efeito da força centrífuga, que deve ser vencida pelasforças de inércia do fluido. Devido a esse efeito, o escoamento se torna turbulentocom um número Reynolds abaixo do valor necessário para tal no escoamento emtubos retos.O fator de atrito do experimento foi calculado pelas equações de Souza-Cunha-Marques para escoamento em tubos retos com acidentes e pela Equação de Srinivasanpara serpentinas em função do diâmetro da mesma. Com os resultados, os modelos defator de atrito podem ser comparados e validados experimentalmente.
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