A Medição de Perdas de Carga Numa Tubagem

Medição de perdas de carga numa tubagem

Bruno Couto *, Rui Costa #, Sofia Rocha% e Teresa Gonçalves +

*- Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Aveiro; [e-mail] 

#- Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Aveiro, [e-mail] 

%- Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Aveiro, [e-mail]

+- Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Aveiro; [e-mail] 

Palavras Chave: coeficiente, carga, Bernoulli, curva, escoamento, singularidade, velocidade, caudal

Resumo: O objetivo deste trabalho laboratorial era a determinação e uma posterior análise do coeficiente de perda de carga localizada para distintos singulares. Para isso cumprimos todos os passos do procedimento experimental para que os valores fossem, de alguma maneira, válidos para a análise que viríamos a fazer. Os resultados conseguidos, como se pode ler nas conclusões, foram razoáveis, tendo em conta os erros de medição e as perdas de carga existentes. A curva mitra foi a que obteve um maior valor de k, como seria de esperar.

1. Introdução

Um fluido, no processo de escoamento, está sujeito a reações específicas que incitam uma perda de energia do mesmo. Existem elementos que causam essa perda de energia, interferindo com o deslocamento nomeadamente sondas, válvulas, curvas e a própria conduta onde o fluido se desloca (devido à rugosidade da sua superfície).

As perdas referidas anteriormente são vulgarmente denominadas de perdas de carga, podendo ser localizadas (tudo o que possa ser considerado como um ponto singular, como válvulas e curvas) ou contínuas (a conduta).

Neste trabalho experimental, para calcular as perdas de carga, usamos a equação (1), onde  é o coeficiente de perda de carga localizada,  a velocidade de escoamento e  a aceleração gravítica.[pic 1][pic 2][pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

 

Contudo, as perdas de carga também podem ser calculadas usando as equações (2) e (3) que provém do teorema de Bernoulli, quando existe uma variação da velocidade e quando a velocidade se mantém constante, respetivamente. Nestas equações,  e  são pressões manométricas e  é a densidade do fluido.[pic 6][pic 7][pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

               [pic 12]

O erro associado à fórmula anterior é

[pic 13]

[pic 14]

Sabendo que a velocidade média é dada por

[pic 15]

[pic 16]

Sendo o seu erro associado dado por

[pic 17]

[pic 18]

E sabendo que se pode calcular o caudal com a expressão

[pic 19]

[pic 20]

Sendo o seu erro associado dado por

[pic 21]

[pic 22]

Para a água a 17ºC, utilizámos o ρ tabelado que é

ρ = 998,98 (Kg/m³)

 

Temos então todos os dados necessárias para o cálculo do coeficiente de perda de carga localizada, acrescentando ainda as pressões de entrada e de saída.

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1. Procedimento experimental

Inicialmente, abriu-se a bomba e regulou-se a válvula de entrada de modo a obter-se o caudal mínimo e mediu-se, com a ajuda dos tubos manométricos (devidamente estabilizados dentro da escala), as diferentes pressões dos mesmos. Ao mesmo tempo, registámos o volume de água expelido pelo tubo num intervalo de tempo específico, realizando cinco ensaios para diminuir o erro associado às medições. De seguida, abrimos ligeiramente a válvula de entrada para aumentar o caudal e obter novos valores. Repetimos todo o processo descrito anteriormente para três caudais cada vez maiores.

[pic 23][pic 24]

1. recolha de dados

A tabela 1 apresenta as pressões manométricas lidas nos diversos pontos de estudo.

Singularidade	P(±0,5) (Pa)
Caudal 1	Caudal 2	Caudal 3	Caudal 4
1	2462,31	3198,06	2530,98	3384,45
2	2315,16	3011,67	2393,64	3198,06
3	2432,88	3158,82	2521,17	3325,59
4	2413,26	3149,01	2481,93	3315,78
5	2011,05	2580,03	2040,48	2795,85
6	1736,37	2207,25	1814,85	2452,5
7	1569,6	2001,24	1608,84	2236,68
8	1030,05	1285,11	1000,62	1579,41
9 (=2)	2315,16	3011,67	2393,64	3198,06
10 (=5)	2011,05	2580,03	2040,48	2795,85
11	1716,75	863,28	667,08	1206,63
12	117,72	49,05	29,43	441,45

     Tabela 1 – Pressões Manométricas