A Perda de Carga Distribuida

1. INTRODUÇÃO

 O deslocamento do fluido no interior de uma tubulação provoca um atrito deste fluido com as paredes internas desta tubulação, atrelado a isto gera-se uma turbulência do fluido com ele mesmo. Esses processos ocasionam uma diminuição gradual da pressão que existe no interior da tubulação à medida que o fluido se desloca. A este fenômeno dá-se o nome de Perda de Carga (GERNER, 2013).

Quando um líquido escoa de um ponto para outro sempre haverá uma perda de energia denominada perda de carga. Nesse caso, está sendo analisado as perdas de cargas distribuídas que ocorrem devido o atrito ao longo dos trechos retilíneo das tubulações. No cotidiano, a perda de carga é muito usada em instalações hidráulicas, pois quanto maior uma perda de carga em um sistema de bombeamento, maior será o consumo de energia da bomba.

Para o dimensionamento de instalações hidráulicas prediais, a qualificação desse tipo de perda devido ao atrito do fluido para com as paredes do tubo, é de suma importância, para que ocorra o funcionamento correto do sistema de distribuição.

No presente trabalho, foi feito um estudo experimental em um sistema de tubulações, no laboratório de recursos hídricos da Universidade Federal do Cariri – UFCA, o qual foi analisado, para diferentes condições de vazões, a perda de carga ao longo do comprimento das tubulações. Então, foi feito este experimento para mostrar como ocorre o funcionamento, de forma prática, da perda de carga distribuída.

1. OBJETIVOS

1.  GERAL

- Analisar, de maneira experimental, a perda de carga distribuída em um sistema de condutos forçados.

2.2. ESPECÍFICOS

- Determinar o coeficiente de rugosidade de cada tubulação analisada;

- Definir um fator de atrito, em função do número de Reynolds, para cada um dos diâmetros estudados.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais utilizados para esse experimento:

• Painel de perda de carga

[pic 1]

Fonte: Tirada no laboratório

• Manômetro

[pic 2]

Fonte: Google

No primeiro momento foi feita uma apresentação geral todo o funcionamento do equipamento, logo após, iniciou-se a prática onde foi utilizado dois tubos com rugosidades e diâmetros diferentes, porém possuem o mesmo comprimento. Acionou o sistema para que toda a tubulação fosse toda preenchida com água, onde todos os registros ficaram cheios.

Essa prática foi executada a partir de dois tubos lisos, um primeiro com diâmetro de 26,5 mm, e um segundo apresentando um diâmetro de 16,5 mm, ambos com 1m de comprimento. Foram determinadas várias vazões (Q) diferentes, para que possa ser analisada a perda de carga e comparada para cada uma desses diferentes tipos de vazões. Segue a baixo os dados:

Vazões
Q	L/s	m³/s
Q1	1600	0.0004444
Q2	1800	0.0005000
Q3	2000	0.0005556
Q4	2200	0.0006111
Q5	2400	0.0006667
Q6	2600	0.0007222
Q7	2800	0.0007778

Porém, essas vazões tiveram que ser corrigidas, utilizando a equação da vazão real:

QReal (m3/s) = 1,0381 * QBomba (m3/s) + 0,00003       (1)

Também, a partir do funcionamento do painel de perda de carga, pode ser feito o preenchimento de todo o tubo manométrico, para que pudesse ser executada as medidas das variações, inicias (Ei) e finais (Ef), de cada tudo. Para o caso da tubulação de diâmetro 26,5 mm, foram medidos os seguintes dados:

Ei (mH20)	Ef (mH20)
0.787	0.758
0.810	0.774
0.838	0.793
0.637	0.585
0.675	0.615
0.706	0.638
0.748	0.669

E, para o tubo de diâmetro 16,5 mm:

Ei (mH2O)	Ef (mH2O)
0.898	0.546
0.950	0.532
0.928	0.404
0.919	0.316
0.913	0.205
0.904	0.096
0.960	0.030

Com todos esses dados em mãos, foram usadas algumas equações para determinar as demais variáveis contidas nos objetivos da análise.  Para o cálculo da perda de carga foi utilizada a seguinte equação:

[pic 3]

Podemos observar que, os problemas de perdas de cargas distribuídas faram uma das coisas mais estudadas entre os pesquisadores, por isso, devido as tantas dificuldades enfrentadas nos estudos analíticos, levaram os pesquisadores a estudos experimentais. Com isso, Darcy (1803 – 1858) e Julius Weisbach (1806 – 1871) desenvolveram uma das melhores equações empíricas para o cálculo da perda de carga distribuídas ao longo de tubulações.

Logo, obteve-se a equação que ficou conhecida com equação de Darcy-Weisbach, a qual foi utilizada para o os cálculos do fator de atrito (f) no primeiro momento desse trabalho.

[pic 4]

Precisamos, também, determinar o número de Raynolds, que é um número adimensional usado para classificar o escoamento como lamelar, turbulento ou de transição. Esse número é dado pela expressão abaixo:

[pic 5]

Onde Q é a vazão real corrigida.

Foram utilizadas várias equações para o cálculo da rugosidade, pois obteve-se várias rugosidades diferentes, onde a primeira delas foi utilizando a equação do escoamento turbulento rugoso: