A INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

1. INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Nas canalizações, qualquer causa perturbadora como o atrito do fluido com as paredes do conduto, um elemento que venha estabelecer ou elevar a turbulência, mudar a direção ou alterar a velocidade, é responsável por uma perda de energia. Em consequência da inércia e de turbilhonamentos, parte desta energia mecânica disponível converte-se em calor o qual é dissipado, resultando em uma perda de carga.

Como as paredes internas das tubulações apresentam rugosidade e o fluido tem uma determinada viscosidade, ocorrem perdas de energia devido ao atrito entre as camadas de fluido e entre o fluido e a parede do tubo. Estas perdas são denominadas de perdas de carga distribuídas.

Neste experimento, será medida a perda de carga que ocorre em um escoamento turbulento forçado no interior de um tubo. Técnicas de medição de vazão e pressão serão empregadas para caracterizar a parcela de perda de carga distribuída.

O cálculo da perda de carga distribuída em um escoamento turbulento é baseado na aplicação da análise dimensional. Verifica-se experimentalmente que a queda de pressão ∆P num escoamento turbulento plenamente desenvolvido, ocorrendo em um trecho de tubo reto e horizontal, de diâmetro constante, é função de outros seis parâmetros:

                             [pic 1]

Onde D é o diâmetro do tubulação, L é o comprimento do trecho considerado e ϵ é a rugosidade equivalente da superfície interna do tubo,  é a velocidade média do escoamento, ρ é a massa especifica é µ é a viscosidade dinâmica do fluido. Aplicando as técnicas de análise dimensional, esta relação pode ser reescrita em forma adimensional como[pic 2]

                            [pic 3]

Considerando que a perda de carga e já somente devida a parcela distribuída podemos substituir o resultado da equação 2, chegando a equação 3

                           [pic 4](1)

Além disso, experiências mostram que a perda de carga distribuída é diretamente proporcional a L/D. Sendo assim,

                            [pic 5](2)

A função o1 (Re, e/D) é definida como fator de atrito

                           [pic 6](3)

E, portanto,

                           [pic 7] (4)

A equação acima é chamada de formula universal da perda de carga de Darcy-Weisbach.

O fator de atrito f é encontrado através do diagrama de moody:

[pic 8]

Cada média dos valores obtidos (equação (5)) apresenta um erro (equações (6) e (7)) que são encontrados pela relação entre o desvio padrão (equação (8)) e a precisão dos equipamentos, encontrados pelas equações apresentadas abaixo:

[pic 9]     (5)                                                                                      [pic 10]

   (6)                                                                                                 [pic 11]

      (7)[pic 12]

                                                                                             

    (8)                                                                                                    [pic 13]

        Ao final, todos os cálculos são feitos com a teoria de propagação de erros, conforme suas operações, de acordo com as equações (9), (10), (11) e (12), listadas a seguir:

Soma:

                                          (9)[pic 14]

Subtração:

                                  (10)[pic 15]

Multiplicação:

                                (11)[pic 16]

Divisão:

       (12)[pic 17]

2. OBJETIVOS

O objetivo desse experimento é medir a perda de carga distribuída nos diversos tubos componentes na bancada hidráulica e também estabelecer a relação entre os diversos parâmetros que compõem a perda de carga.

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1. Equipamentos utilizados:

• Bancada hidráulica
• Paquímetro
• Trena
• Medidor de vazão digital (instalado na bancada)
• Pressostato digital (instalado na bancada)
• Fluido: água

3.2. Descrição dos equipamentos

• Bancada hidráulica: A bancada é uma parte de um circuito hidráulico fechado, constituída por um conjunto de tubos e outros componentes. (Válvulas, registros, bomba hidráulica, caixa auxiliar, etc.).
• Paquímetro: Precisão = 0,05 mm = 0,00005 m
• Trena: Precisão = 0,1 cm = 0,001 m
• Medidor de vazão digital: O medidor serve para controlar o fluxo (vazão) de fluidos de um processo. É um aparelho que permite a definição da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por meio de uma seção de escoamento por uma unidade de tempo.
• Pressostato digital: O pressostato digital é usado para transmitir sinais elétricos referentes a entradas de pressão de ar comprimido e/ou gás inerte e também para a leitura instantânea da pressão no display.

3.3. Descrição do procedimento

Primeiramente foi verificado se todos os registros estavam fechados, exclusivo o registro R1. Depois foram abertos os registros R6, R12, R17 e R23.

Após essas etapas foram fixadas as mangueiras azuis nas tomadas de pressão do tubo ½’’ PVC Rígido nos pontos P9 e P16 e também acopladas aos pressostatos 1 e 2.

Foi ligada a chave geral do painel elétrico e consequentemente o “Led” se acendeu indicando que estava “energizado”. Subseguindo, foi acionada a chave Start (botão verde) do painel.