Perdas localizadas

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UNIFESP - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA CAMPUS DIADEMA

PERDA DE CARGA LOCALIZADA

Fenômenos de Transporte II

 

 

Equipe:

Felipe Keiiti

Hugo Leonardo Pires

Julio Cezar

João Arruda

Marília Ceolin

Marjoriee Takano

Professora:

Milene Costa Codolo

(2ºsemestre/2015)

1. Resumo
   

2. Introdução

O transporte de fluidos por tubulações é uma operação bastante utilizada no dia-a-dia. Basta que se repare no abastecimento de água das residências ou nas redes de esgoto urbanas para se perceber como ela está presente direta e indiretamente na vida das pessoas. Nas indústrias, diversos fluidos são transportados de uma parte a outra da planta para que passem por todas as transformações necessárias a fim de se obter o produto desejado e para tal, o fluido necessita de energia para que ocorra o seu escoamento, fornecida através de bombas, por exemplo. A energia fornecida ao fluido não se conserva até o final do percurso e a perda ocorrido é conhecida como 'perda de carga'. E ainda existem dois tipos: distribuída, que está relacionada com a energia dissipada por atrito dentro das tubulações e a localizada, provocada por obstáculos inseridos no trajeto do escoamento (cotovelos, curvas, válvulas, etc.) que provocam variações na velocidade do escoamento, mas esta variação também está associada às diferentes áreas das seções transversais do tubo, como ocorre nas reduções e ampliações e também ao grau de aspereza e de regularidade da superfície interna.  [2]

Estas perdas devem ser contabilizadas na indústria, pois é de interesse do engenheiro projetar da melhor forma possível as tubulações que farão o transporte dos fluidos, sejam eles matérias-primas, produtos, água ou rejeitos, e calcular de forma eficiente a demanda energética desta operação, a fim de reduzir gastos e garantir a eficácia do transporte. Na distribuição de água nas residências, por exemplo, se as perdas de carga forem maiores que a energia fornecida para o transporte, ela simplesmente não chega às casas, prejudicando o abastecimento das mesmas. Por causa destes usos, dentre outros, a aplicação e entendimento deste conceito se mostra de grande importância.  

Neste ensaio calcularam-se as perdas de carga localizadas de diferentes acessórios presentes em uma bancada própria para este tipo de experimento, para 4 (quatro) vazões diferentes de água na tubulação, de modo a se obter uma comparação entre os dados contidos na literatura didática e no catálogo comercial do fabricante das tubulações utilizadas.

1. Objetivos

A finalidade do experimento foi aferir a perda de carga localizada em tubulações e acessórios com diferentes características e comparar com os valores teóricos, bem como verificar o efeito da vazão e do diâmetro sobre a perda de carga.

1. Revisão Bibliográfica

A perda de carga ao longo de uma tubulação, conforme a figura 1, pode ser calculada a partir da equação da conservação da energia mecânica (equação 1) (HANISCH & LIMA, 2015)

Figura 1: Esquema de um trecho da tubulação.

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Fonte: (Hanisch & Lima, 2015)

[pic 3] Equação 1

Em que:

• v1 = velocidade média de escoamento na seção 1 (m/s);
• v2 = velocidade média de escoamento na seção 2 (m/s);
• g = aceleração da gravidade (m/s2);
• α1= coeficiente de correção para a energia cinética média na seção 1;
• α2= coeficiente de correção para a energia cinética média na seção 2;
• z1 = elevação do ponto 1 (m);
• z2 = elevação do ponto 2 (m);
• P1 = pressão estática no ponto 1 (Pa);
• P2 = pressão estática no ponto 2 (Pa);
• 𝛶 = peso específico do fluido (N/m3);
• hp = perda de carga total ao longo da tubulação (m).

Para um escoamento permanente, de fluido incompressível, e com tubulações no plano horizontal de referência, z1 e z2 podem ser cancelados. Como a seção é constante, as velocidades médias de escoamento também serão constantes, tendo em vista que a mudança de energia cinética normalmente é pequena se comparada com os termos dominantes da equação de energia, é possível utilizar a aproximação α1 = α2 = 1,05 em cálculos de escoamento (Fox & Mcdonald, 1998). Portanto a Equação 1 torna-se:

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Equação 2

Ou ainda:

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Equação 3

A perda de carga de hp pode ser dividida em: hpl que é a parcela de carga localizada, e a parcela de perda de carga distribuída, hpd. Portanto a perda de carga total hp é a soma de hpd com hpl. (HANISCH & LIMA, 2015)

As perdas de carga distribuídas são causadas pela fricção e pela viscosidade do fluido com a parede interna da tubulação. As perdas localizadas são aquelas relacionadas com a perda de carga devido a uma contração ou expansão do diâmetro da tubulação, bem como o da utilização de acessórios como cotovelos, válvulas e conexões. Em alguns casos é possível determinar a perda de carga em uma tubulação apenas pela diferença de pressões medidas por meio de medidores de pressão, mas nem sempre esta é forma mais viável. Por isso, o cálculo da perda de carga distribuída, em alguns casos, é baseado na aplicação da análise dimensional. Relações entre as propriedades do fluido e a perda de carga contínua, e da geometria do escoamento foram estabelecidas, e para seções circulares, esta relação se apresenta de acordo com a Equação 4 (Baptista & Lara, 2002):