Perda de Carga em Acidentes

1. INTRODUÇÃO

        Os sistemas de escoamento são constantemente utilizados em tubulações prediais, oleodutos, gasodutos e transporte de fluidos de tanques de estocagem para unidades processamento em ambientes industriais. Normalmente, o escoamento de fluidos é realizado através de tubos e dutos, que formam sistemas com seções retas, curvas, válvulas dentre outros tipos de acidentes que oferecem resistência ao deslocamento do fluido, conferindo perda de carga ao longo do escoamento. Assim, a perda de carga consiste na queda de energia por unidade de peso de fluido que escoa, esta pode ser distribuída quando a queda de energia se deve ao atrito entre as partículas do próprio fluido, e entre o fluido e as paredes do duto; ou localizada caso as perdas estejam relacionadas à brusca perturbação da geometria do escoamento. A perda de carga total do sistema será a soma das perdas de cargas distribuídas e localizadas (FOX, 2006).

        A queda de pressão em perdas de carga distribuídas é função do fator de atrito e do número de Reynolds quando em regime laminar, e quando em regime turbulento é função ainda, além dos fatores já mencionados, da rugosidade relativa do material do duto. Quanto à perda de carga em acidentes, a queda de pressão está relacionada ao coeficiente de perda carga localizado k e a carga de velocidade do fluido. Em geral k é determinado experimentalmente e tabelado em manuais de hidráulica e catálogos de fabricantes. Teoricamente, k depende do numero de Reynolds e da geometria do componente, no entanto, para número de Reynolds elevados, k independe das forças viscosas, tornando-se função apenas da geometria do acessório utilizado (BRUNETTI, 2008). Assim, o conhecimento da perda de carga nas seções retas e acidente são necessários visto que determina o dimensionamento de bombas de um sistema de escoamento. O fator de atrito e o coeficiente de perda de carga localizada indicam qual a potencia da bomba a ser utilizada nos projetos de transporte de fluidos.

        Desta forma, este experimento teve por objetivo realizar as medições das perdas de carga localizadas e distribuídas na unidade experimental; a fim de obter os coeficientes de perda localizada para os acidentes presentes no sistema e a queda de pressão nas seções de área constate, comparando-os com os valores da literatura e com os dados preditos respectivamente.

1. MATERIAIS E METODOS:

2.1 Materiais:

A unidade experimental (Figura 1) é constituída por um conjunto de mangueiras, tubos piesométricos, válvulas, reservatório, bomba e tubos de PVC. Na parte frontal existe um conjunto de mangueiras que são conectados a entrada e saída dos acessórios para assim calcularem-se as perdas de cargas. Atrás do equipamento há um sistema composto por tubos PVC, este sistema possui diversos acidentes (joelhos, cotovelos, expansões e reduções).

[pic 1]

Figura 1: Unidade Experimental

2.2 Procedimentos Experimentais:

Ao iniciar o experimento em questão, calibrou-se o medidor de vazão tipo rotâmetro para a vazão de 300 L/h. Em seguida verificou-se o comportamento do liquido nos tubos piesométricos, a posteriori as alturas foram marcadas em um papel fixado atrás dos medidores. Isto foi feito variando-se as vazões de 300 a 900 L/h. Cada par de tubos era responsável por fornecer a perda de carga de um acidente, sendo colocados estrategicamente na entrada e saída dos mesmos. Para finalizar retirou-se papel com as variações anotadas e mediu-se, com uma régua, o intervalo de cada par de tubo para obter as perdas em centímetros.

RESULTADOS DISCUSSÃO

1. Perda de carga nos acidentes (A, B, C e G):

Tomando como base os dados obtidos no experimento foi possível encontrar valores para perdas de cargas nos pontos A, B, C e G, através do software computacional (Execel) .

Na figura 2, mostra o gráfico da perda de carga em função V2/ 2g para o joelho A localizado entre os pontos 3 e 4.

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Figura 2: Perda de carga em função da energia cinética no acidente A (3-4).

O comportamento dos gráficos é confirmado pela tendência proposta na literatura, já que foi observado que a perda de carga tem uma relação linear com o termo de energia cinética, sendo assim, aumentando a vazão.

A perda de carga localizada ocorreu devido às perturbações pelos acessórios como o joelho A, causando o aumento de turbulência responsáveis pela dissipação de energia, provocando assim uma variação na velocidade, em módulo ou direção, intensificando a conversão irreversível de energia mecânica em energia cinética.

 Comparando o Kl experimental com o apresentado na literatura (Apêndice A), onde para um joelho de 90° com o diâmetro de 20 mm o coeficiente de perda de carga localizada é aproximadamente 1,2, percebe-se que o valor obtido é bem próximo do experimental, essa pequena diferença deve-se ao desgaste do material ou até mesmo por perturbações ocorridas na vizinhança no momento do procedimento experimental.

O mesmo procedimento foi aplicado para o joelho A localizado entre os pontos 5 e 6 obtendo-se a figura 3.

[pic 3]

Figura 3: Perda de carga em função da energia cinética no acidente A (5-6).

O gráfico da figura 3 comportou-se de maneira semelhante ao da figura 2, sendo assim, as mesmas considerações feitas para este são validas para o joelho A do ponto 5 a 6. Notou-se também que embora os acidentes estejam localizados em pontos distintos e que as perdas de cargas sejam diferentes, o Kl permaneceu inalterado, o que nos leva a concluir que este depende apenas da geometria do acessório e das vazões.

 Para o joelho localizado no ponto B, a perda de carga apresentou o comportamento conforme mostrada no gráfico da figura 4.

[pic 4]

Figura 4: Perda de carga em função da energia cinética no acessório B (17-18).

Assim como no acidente A, o gráfico para o B apresentou um comportamento descrito na literatura, a linearidade da perda de carga com relação e a energia cinética, de modo que as justificativas feitas para o acessório A, também servem para o B. Ao analisar o coeficiente de perda de obtido no procedimento experimental que é igual a 1,816, nota-se que o mesmo é equivalente ao da literatura (Apêndice A), para um  joelho de 90° com o diâmetro de 25mm o Kl é 1,2, este desvio é justificado por turbulência ocorridas no decorrer do experimento.