Objetivo do Experimento Perda de Cargas

Objetivo do experimento

Analisar as perdas de carga distribuídas em tubo de cobre, por meio da obtenção da medida de pressão, para compreensão da teoria e a aplicação da prática.

Desenvolvimento teórico

As perdas em tubulações podem ser divididas em dois grupos: as perdas que ocorrem nos trechos lineares, ou perdas distribuídas, e as perdas localizadas em elementos individuais, também chamadas perdas singulares. As perdas do primeiro grupo constituem a maior parte do total, pois normalmente as tubulações de interesse possuem grande extensão, e por isso são também chamadas perdas principais (ing. major losses); as demais são, por sua vez, chamadas perdas secundárias (ing. minor losses).

Nesses trechos, a seção do duto é constante. Se queremos saber a perda devido ao duto, é preciso desconsiderar o fator correspondente à mudança de altura.

O valor do fator de atrito para escoamento turbulento foram levantados por Lewis Ferry Moody e tabulados no que se chama Diagrama de Moody.

O Diagrama de Moody mostra que o fator de atrito diminui com o Número de Reynolds. Em uma tubulação horizontal de diâmetro constante, isso significa que o fator de atrito diminui com o aumento da velocidade, tanto para escoamento laminar quanto para escoamento turbulento. No primeiro caso, entretanto, o fator de atrito independe da rugosidade do material; no segundo caso, o fator de atrito depende tanto da rugosidade quanto do Número de Reynolds. Para valores muito grandes da velocidade, a tendência é que o fator de atrito dependa quase que apenas da rugosidade.

O Diagrama de Moody também mostra que, na transição do escoamento laminar para o turbulento, o fator de atrito, que vinha diminuindo com a velocidade, aumenta bruscamente, voltando a diminuir com o aumento da velocidade a partir daí.

Como a perda de carga é proporcional também ao quadrado da velocidade média, o resultado é que ela aumenta monotonamente com o aumento da velocidade. (Wikibooks, 2016).

Materiais utilizados

Figura 1: Bancada hidráulica

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Fonte: UNIP Campus Sorocaba

Figura 2- Manômetro diferencial de tudo em U

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Fonte: UNIP Campus Sorocaba

        

Figura 3: Registro

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Fonte: UNIP Campus Sorocaba

Equações para os cálculos

Perda de carga distribuída é a perda que se dá em trechos retos de condutos cilíndricos (A = cte) devido ao atrito viscoso produzido entre as partículas fluidas pelas tensões de cisalhamento (hL).

Figura 4: Equação utilizada para o cálculo da perda de carga.

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Fonte: Notas de aulas Profº Dr. Roberto Cunha – UNIP Campus Sorocaba, 2016

L – comprimento da tubulação (m)

V – a velocidade média do fluido (m/s)

D – diâmetro interno da tubulação (m)

g – constante da aceleração da gravidade, 9,8(m/s2)

f – o fator de atrito ou coeficiente de atrito

hL – perda de carga (m)

  

Existem tabelas para ε de tubulações de diferentes materiais e diferentes diâmetros. ε → altera com o uso.

O coeficiente de atrito pode ser obtido por correlações como:

Para escoamento laminar Re = ρvD/µ < 2300

f = 64/ Re

Para tubos lisos com 3000< Re < 3,4x106

Figura 5: Diagrama de Moody - Solução com relativa precisão para o cálculo do coeficiente de atrito f e escoamentos de fluidos em tubulações.

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Fonte: Notas de aulas Profº Dr. Roberto Cunha – UNIP Campus Sorocaba, 2016

Exemplo de cálculo

Anexado ao relatório.

Procedimento experimental

1. Iniciar a bomba.
2. Abrir totalmente a Válvula, estabelecendo a vazão máxima e anotar o valor do tempo e diferença de altura piezométrica.
3. Fechar a válvula gradativamente, anotando os valores das vazões.

Quadro de resultados

Quadro 1: Quadro de resultados da Equação Bernoulli

H1 (cm)	H2  (cm)	∆H (cm)	∆H (m)	∆P            (Pa)	γH2O (N/m3)	γHg (N/m3)	V     (m/s)	Re	HL (m)	Q   (m3/s)
90,5	68	22,5	0,225	28407,64894	9743,783	136000	2,101071	4,22E+04	2,915464188	0,000323
90	65,8	24,2	0,242	30554,00464			2,179	4,38E+04	3,135743705	0,000335
89	67	22	0,22	27776,36785			2,077595	4,17E+04	2,850676095	0,00032
87	69,6	17,4	0,174	21968,58185			1,847669	3,71E+04	2,254625639	0,000284
82,2	73,3	8,9	0,089	11236,80336			1,321431	2,66E+04	1,153228057	0,000203