Relatório Descarga de Tanques
Por: acscosta • 30/11/2015 • Relatório de pesquisa • 6.127 Palavras (25 Páginas) • 307 Visualizações
RESUMO
- INTRODUÇÃO
- OBJETIVOS
O experimento realizado tem como objetivos principais determinar a velocidade teórica na saída de cada bocal para cada nível em comparação com a velocidade real, a fim obter o coeficiente de velocidade do jato para discussão e comparação com os valores dispostos na literatura, bem como a construção dos gráficos da trajetória em relação aos alcances máximos e os cálculos das vazões teóricas para cada nível com o intuito de efetuar a comparação com a real e obter o coeficiente de vazão comparando com a literatura.
- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
- PERDA DE CARGA
De acordo com o Cengel (2007), na análise do sistema de tubulações, as perdas de pressão são normalmente expressas em termos de altura da coluna de fluido, sendo portanto, denominada de perda de carga (), ou seja, representa a altura adicional à qual o fluido precisa ser elevado por uma bomba para superar as perdas por atrito do tubo. Sendo ela, causada pela viscosidade e com relação direta com a tensão de cisalhamento na parede. [pic 1]
A queda de pressão no escoamento dos fluidos está associada aos requisitos de potência do ventilador ou da bomba para manter o escoamento. A perda de carga total é obtida através da soma das perdas distribuídas como consequência dos efeitos de atrito no escoamento completamente desenvolvido em tubos com uma seção constante.
- PERDAS MAIORES
Considerando essa perda de carga distribuída em um escoamento completamente desenvolvido em um tubo de área constante, tem-se o seguinte equacionamento:
(1)[pic 2]
Para um tubo horizontal (, tem-se a equação a seguir: [pic 3]
(2)[pic 4]
Desse modo, a perda de carga maior pode ser expressa como uma perda de pressão para um escoamento completamente desenvolvido em um tubo com a área constante.
- ESCOAMENTO LAMINAR
O escoamento laminar é caracterizado por linhas de correntes suaves e movimento altamente ordenado (Cengel, 2007).
A viscosidade no fluido em escoamento laminar age no sentido de amortecer a tendência de surgimento da turbulência. Sendo que este escoamento ocorre geralmente a velocidades baixas e em fluidos que apresentem grande viscosidade. (Coelho, 2013).
[pic 5]
Figura X – Escoamento Laminar
Fonte – Coelho, 2013.
Sabendo-se que o perfil de velocidade no escoamento laminar é dado por:
(3)[pic 6]
Pode-se encontrar a vazão volumétrica:
= (4)[pic 7][pic 8]
O gradiente de pressão é constante, pois trata-se de um escoamento completamente desenvolvido. Logo:[pic 9]
(5)[pic 10]
Substituindo na equação da vazão volumétrica e isolando , temos a queda de pressão para um escoamento laminar e completamente desenvolvido em um tubo horizontal:[pic 11]
(6)[pic 12]
Ao substituir na Equação y, temos:
(7)[pic 13]
- ESCOAMENTO TURBULENTO
O escoamento turbulento caracteriza-se pelas flutuações de velocidade e pelo movimento altamente desordenado (Cengel, 2007).
[pic 14][pic 15]
Figura W – Escoamento Turbulento
Fonte – Coelho (2013).
De acordo com Fox & Mcdonald (2001) não se pode avaliar a queda de pressão analiticamente para um escoamento turbulento, deve-se recorrer ao empirismo e fazer uso da análise dimensional para correlacioná-los. Para o escoamento turbulento completamente desenvolvido, tem-se que a queda de pressão, como consequência do atrito em um tubo horizontal de área constante, depende do diâmetro, do comprimento, da rugosidade do tubo, da velocidade média do escoamento, da massa específica e da viscosidade do fluido.
(8)[pic 16]
Efetuando a análise dimensional de dados experimentais e combinando-a com a Equação y, temos:
(9)[pic 17]
Substituindo na Equação y, temos:
(10) [pic 18]
Dividiu-se por ½ para tornar esse termo do lado esquerdo igual a razão entre a perda de carga e a energia cinética por unidade de massa: [pic 19]
(11)[pic 20]
Sabendo-se que é o fator de atrito, obtêm-se, então, a correlação: [pic 21]
(12)[pic 22]
ou,
(13)[pic 23]
De acordo com o Cengel (2007), o fator de atrito é obtido experimentalmente e os resultados estão dispostos no diagrama de Moody, no qual representa o fator de atrito de Darcy para o escoamento de tubo como função de Reynolds e da rugosidade relativa em um extenso intervalo. [pic 24]
[pic 25]
Figura J – Diagrama de Moody
Fonte - Moody apud Fox & Mcdonald, 2001
O fator de atrito pode ser encontrado comparando as Equações k e o
= (14)[pic 26][pic 27]
Para escoamento laminar, tem-se:
(15) [pic 28]
- PERDAS MENORES
O fluido de um sistema de tubulação típico passa através de diversas conexões, válvulas, curvas, cotovelos, tês, entradas, saídas, extensões e reduções, além dos tubos. Essas componentes interrompem o escoamento suave do fluido e causam perdas adicionais devido à separação do escoamento e à mistura que eles induzem. Em um sistema típico com tubos longos, essas perdas são menores se comparadas à perda total de carga dos tubos e são chamadas de perdas menores (Cengel, 2007).
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