Perdas de Carga e venturi

1. OBJETIVOS

Determinar a perda de carga total do circuito hidráulico (pressão na saída da bomba/entrada do circuito x saída do circuito/saída para o reservatório) com os dados obtidos e traçar a curva “perda de carga – H (m) x Vazão – Q (m³/h)”.

Determinar também a correlação entre os dados da vazão volumétrica medida e os valores de pressão verificados nos manômetros (no tubo de venturi da bancada), e analisar os resultados usando fórmula da vazão e ∆p.

1. MATERIAIS

• Bancada Hidráulica de testes com Bomba Centrífuga (Marca Schineider modelo BCR-2008, motor elétrico de 1CV 220V e 3600RPM, carga manométrica H de 13 a 30 mca e vazão 1,6 a 6,5 m³/h), sistema de 3 vias na descarga da bomba, tubos com

válvulas, válvula de ação rápida na saída da bomba, registros tipo gaveta nos tubos, tomadas de pressão na entrada e saída da bomba e nos instrumentos “Distribuição de velocidades”; “Tubo Venturi”; Placa de Orifício” e outros pontos das tubulações.

• Medidor de vazão volumétrica com área interna de 0,31m x 0,31m e escala de altura de líquido de 0,30m, com válvula manual para descarga na caixa de água da bomba, após a válvula gaveta para controle de vazão da linha de recalque, no fim do ramal de descarga.

• Manômetros, cronômetro e termômetro.

1. RESUMO TEÓRICO

   Perdas de Carga

A bancada hidráulica de teste possui uma caixa d´á gua que alimenta a bomba centrífuga situada no piso. Na saída da bomba, após a válvula esfera, um ramal de distribuição tem tubos diferentes com mesmo comprimento e posicionados em paralelo ao piso. Com válvulas e um coletor liga os tubos a um ramal de descarga, com os instrumentos distribuidor de velocidades, tubo venturi e placa de orifício.

Para uma determinada abertura da válvula de controle de vazão, aplicando-se a equação de Bernoulli entre as seções entrada e saída da conexão ou válvula ou trecho de tubo, teremos:

z1 + (V1)²/2g + p1/ɣ = z2 + (V2)²/2g + p2/ɣ +  ∆Hp1,2.

Como nos pontos 1 e 2 os diâmetros dos tubos são iguais e as cotas 1 e 2 são conhecidas, temos:

[pic 1]

Então, para cada vazão medida, o quociente da diferença das pressões nas seções 1 e 2 do item em análise ( P1 - P2 ) dividido ( / ) pelo peso específico da água na temperatura do experimento () + diferença entre as cotas de elevação ( z1 – z2 ) é igual à soma das perdas de carga do sistema em análise.[pic 2]

    Medições com Venturi

O tubo de Venturi permite determinar o módulo da velocidade de escoamento de um líquido no interior de uma tubulação. Este dispositivo é constituído por um tubo em U com mercúrio (tubo man ométrico), com um dos ramos ligado a um segmento normal da tubulação e o outro ramo ligado a um segmento com um estrangulamento. (Fig.24).

[pic 3]

Considerando que o fluido é água escoando em regime permanente no interior da tubulação, portanto incompressível e de massa específica constante na temperatura do experimento, a equação da continuidade para vazão em volume fica Q = A1xV1 = A2xV2. Como na seção 2 a área A2 é menor, a velocidade média V2 é maior que a velocidade média V1, em consequência, a pressão na garganta do Venturi fica menor, e a dife rença entre as pressões

p1-p2 = ∆p = h  é medida pelo valor h da coluna de mercúrio da figura acima.

Usando um manômetro para medir da pressão na entrada do Venturi e um manovacuômetro na garganta do Venturi, aplicando a equação de Bernoulli entre as seções 1 e 2 e, como o tubo está na horizontal (as cotas z1 e z2 são iguais), temos:

g x z1 + (V1)²/2 + p1/ɣ = g x z2 + (V2)²/2 + p2/ɣ

(p1 – p2)/ ɣ = (V2)²/2 – (V1)²/2 portanto ∆p = (ɣ/2) [ (V2)² - (V1)²]

Aplicando a equação da continuidade, Q = V1xA1 = V2xA2, tem-se:

V2 = V1 x (A1/A2), substituindo, ∆p = (ɣ/2) x (V1)² x [(A1/A2)² - 1]

    e a velocidade V1 =    com V1, Re= (V1D1) ɣ/µ[pic 4]

Entretanto esta fórmula só é válida para fluidos ideais escoando em tubos lisos, sem perda de carga; para fluidos reais, deve ser introduzido um coeficiente de correção na fórmula devido ao fluido ( Ce ) e um coeficiente de calibração ( Cc ) a ser determinado em laboratório. Para água, Ce = 0,97. Desta forma a vazão Q fica definida como:        

    A1.V1=Q=(A1).0,97Cc. . O diâmetro na área A1 é 25mm[pic 5]

     ou 25 x m, mas como A2=0,45xA1, Q = (A1)0,97Cc. [pic 6][pic 7]

      Q = (A1)0,69125Cc. , que é a vazão calculada através do VENTURI.[pic 8]

O coeficiente de calibração Cc do Venturi será determinado para cada vazão medida no experimento, e com o gráfico (Q med ida)x(Q calculada) se tem a curva de calibração do Venturi.

     

1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 

Preparativos:

• Bomba: Desligada;

• Válvula esfera da saída da bomba: Totalmente aberta;

• Válvula do tubo inferior anterior (próximo à parede): Totalmente aberta;

∙        Válvula que faz conexão com o Venturi e a válvula gaveta de controle de vazão, antes do sistema de 3 vias de descarga: Totalmente abertas;

• Demais válvulas do sistema: Totalmente fechadas;

• Conectar o tubo flexível do manômetro (escala 0 a 4 Kgf/cm²) na conexão para tomada de pressão no ponto 1 (entrada do item em análise);

• Conectar o tubo flexível do outro manômetro (escala 0 a 4 Kgf/cm²) na tomada de pressão na descarga do item ou ponto 2;

• Fechar totalmente a válvula gaveta de controle de vazão ( ~ sete voltas ) e abrir a mesma somente uma volta;

• Sistema de 3 vias direcionado para tanque da bomba.

• Ligar a bomba.

Início do experimento:

• Aguardar a estabilização do fluxo de água, medir e anotar as pressões nos manômetros para calcular o primeiro valor de ∆p.
• Direcionar a descarga do sistema para o medidor volumétrico de vazão, registrando seu tempo com o cronômetro. Anotar o tempo em segundos para o nível chegar em 30cm;

• Redirecionar o sistema de 3 vias para o tanque

• Medir a temperatura da água;

• Abrir a válvula manual do medidor de vazão para esvaziar.

• Abrir a válvula de controle de vazão para 2 voltas e repetir a coleta de dados;

• Abrir a válvula de controle de vazão para 3 voltas e repetir a coleta de dados;

• Desligar a bomba.

Término da coleta de dados

1. DADOS COLETADOS DURANTE O EXPERIMENTO

   Perdas de Carga

	Pressão no	Pressão no
Condição	Inicio do	Término do	Tempo
	Sistema	Sistema
1 volta	[pic 9][pic 10][pic 11]	[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17]
2 voltas
3 voltas

   Medições com Venturi

	Pressão no	Pressão no
Condição	Inicio do	Término do	Tempo
	Sistema	Sistema
1 volta		[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26]
2 voltas
3 voltas

1. RESULTADOS E DISCUSSÕES

  – Perdas de Carga

Volume do medidor de vazão (caixa) = 0,31m x 0,31m x 0,30m = 0,02883m³

1° Leitura (1 volta)

∆p = 2,45 – 2,00 = 0,45 kgf/cm²  convertendo = 0,45 x 98,07 = 44,13 kPa

Q = 0,02883 / 44,57 => 6,46 x  m³/s convertendo = 6,46 x  x 3600 = 2,32 m³/h[pic 27][pic 28]