A Determinação da perda de carga localizada em peças especiais

[pic 1]

 

 

 

 

Determinação da perda de carga localizada em peças especiais.

 

 

 

 

 

 

 

Amanda Domingas Ediodato de Sousa

Eduardo Antônio Marcondes

Gustavo Faria Fernades

Marcus Vinicius Rocha Miranda

Thainá Ferreira Ribeiro

 

 

 

 

 

 

 

       

 

1. Introdução          

 

       Durante o escoamento, o fluido se submete à resistência aplicada pelas paredes da tubulação, e à fricção de suas partículas entre si. Por conta disso, parte da energia do fluido é dissipada, principalmente em forma de calor, e não pode ser recuperada, sendo assim, denominada perda de carga.  

        A perda de carga é, portanto, a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa por um tubo ou canal, podendo ser classificada em distribuída, sendo a que acontece ao longo de tubos retos e seções constantes, e/ou localizada, onde o fluido sofre perturbações bruscas, no seu escoamento, causadas pela presença dos acessórios que compõe o sistema (válvulas, curvas, registros,derivações,etc...)

      Este experimento tem como foco a perda de carga localizada, a partir da utilização de curvas no sistema de tubulação, visando determinar seus coeficientes de perda de carga e respectivos comprimentos equivalentes, e, assim, realizar as devidas comparações com os valores apresentados pela literatura. 

 

 

1. Objetivo  

 

 

       Determinar os coeficientes de perdas de carga localizadas e comprimentos equivalentes, para cotovelos com curvaturas diferentes, e comparar com os valores teóricos.

 

 

1. Equacionamento

 

 

        3.1 Vazão Volumétrica

 

 

       A vazão volumétrica é definida como o volume do fluido que atravessa certa seção do escoamento por unidade de tempo: 

                                            Q =  [pic 2]        = vmed.A         (1)

onde:

 

Q = vazão volumétrica; V= volume; t= tempo;

vmed= velocidade média do fluído;

A= área da seção transversal ao escoamento;

        A área da seção transversal pode ser obtida da seguinte forma:

     

                                                 A= [pic 3] ²                                                             (2) sendo D o diâmetro da seção.

         

 

       O volume é dado pela multiplicação da altura (h), do comprimento (c), e da largura (l) do reservatório:

   

                                                 V= h.c.l                                                                   (3)  

  

           

       3.2 Perda de carga  

 

       O escoamento interno em tubulações sofre forte influência das paredes, dissipando energia devido ao atrito. As partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da parede, ou seja, velocidade nula, e passam a influir nas partículas vizinhas através da viscosidade e da turbulência, dissipando energia.  

       Essa dissipação de energia provoca um abaixamento da pressão total do fluido ao longo do escoamento que é denominada de Perda de carga.

       As instalações de transporte de água sob pressão, de qualquer porte, são constituídas por tubulações montadas em sequência, de eixo retilíneo, unidas por acessórios de natureza diversa, como válvulas, curvas, derivações, registros, ou conexões de qualquer tipo, e eventualmente, uma máquina hidráulica como bomba ou turbina.         [1]

       A perda de carga distribuída ocorre quando a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente.

       A presença de cada um dos acessórios, necessários para a operação do sistema, concorre para que haja alteração de módulo ou direção da velocidade média, e consequentemente de pressão, localmente. Isto se reflete em um acréscimo de turbulência que produz as chamadas perdas de carga localizadas ou singulares. [1]        De modo geral, as perdas de carga localizadas, para cada acessório, podem ser expressas pela seguinte equação:                                                             [pic 4]=                                                             (4)

 

       em que v é a velocidade média, e k é um coeficiente adimensional que depende da geometria da  conexão, do número de Reynolds, da rugosidade da parede, e em alguns casos, das condições de escoamento, como a distribuição da vazão em uma ramificação.        Outro método para a determinação das perdas singulares é o dos comprimentos equivalentes.  

       Comprimento equivalente de uma singularidade é o comprimento fictício de uma tubulação de seção constante de mesmo diâmetro, que produziria uma perda distribuída igual à perda singular da singularidade. [2]        Sua determinação é feita da seguinte forma:

 

                                                 [pic 5]                                             (5)

 

       onde f é o fator de atrito, hfeq é a perda de carga equivalente, Leq é o comprimento equivalente e DH  o diâmetro do tubo.

 

1. Materiais e métodos 

        Foram utilizados os seguintes materiais:

       

• Bancada hidráulica ;
• Cotovelo 90º
• Cotovelo 45º
• Água ;
• Régua (±0,001 m) ;
• Válvula reguladora ;
• Tanque ;
• Cronômetro (±0,01 s) ;
• Paquímetro ;

 

Primeiramente, antes de acionar a bomba e dar início ao funcionamento da bancada hidráulica, foi preciso realizar duas ações indispensáveis para a prática:

estipular um tempo a ser cronometrado e realizar a medição das dimensões do tanque.