Termodinamica. 2o experimento - Perda de carga localizada

LABORATORIO DE HIDRAULICA – CURSO ENGENHARIA CIVIL

2o EXPERIMENTO - Perda de carga localizada

(ou Perda de carga singular)

PARTE CONCEITUAL:

Como foi salientado anteriormente no experimento perda

distribuída, a perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do

fluido quando este escoa.

O conceito de perda de carga é muito utilizado na área de

engenharia, sendo largamente estudado na mecânica dos fluidos.

A perda de carga num tubo ou canal, é a perda de energia dinâmica

do fluido devido à fricção das partículas do fluido entre si e contra as

paredes da tubulação que os contenha. Pode ser contínua, ao longo dos

condutos regulares, acidental ou localizada, devido a circunstâncias

particulares, como um estreitamento, uma alteração de direção, a

presença de uma válvula, entre outros fatores.

2o EXPERIMENTO - Perda de carga localizada

A perda de carga localizada ou acidental é expressa como uma fração

ou um múltiplo da chamada "altura de velocidade" da forma:

Onde:

· = perda de carga localizada;

· = coeficiente de perda de carga distribuída, ou fator de atrito de

Darcy;

· = comprimento da tubulação (tubos + acessórios);

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· = velocidade média da água, antes ou depois do ponto singular,

conforme o caso;

· = Coeficiente determinado de forma empírica para cada tipo de

ponto singular.

Com relação o fator de singularidade, a tabela 1 a seguir mostra

alguns valores de coeficiente de ponto singular (K) para diversos tipos de

singularidade.

Tabela 1: Tipos diversos de singularidade versus coeficiente K

Tipo de singularidade K

Válvula de comporta totalmente aberta 0,2

Válvula de comporta metade aberta 5,6

Curva de 90º 1,0

Curva de 45º 0,4

Válvula de pé 2,5

Emboque (entrada em um tubo) 0,5

Saída de um tubo 1,0

Alargamento brusco (1-(D1/D2)²)²

Redução brusca de seção (Contração) 0,5. (1-(D1/D2)²)²

OBJETIVO EXPERIMENTAL

O experimento tem como finalidade determinar o coeficiente de

perda de carga localizada (singular) e o comprimento equivalente (Leq) de

um determinado tipo de singularidade e comparar com valor tabelado.

Procedimento Experimental

Para a realização do experimento de perda de carga localizada foi

utilizada a tubulação de PVC rígido, localizada na parte inferior da

bancada. Essa é dotada de 1 registro de gaveta, uma válvula de esfera e

dois cotovelos de 45o. Essa tubulação tem diâmetro interno de 20,7 mm e,

entre cada singularidade, existem tomadas de pressão, que foram ligadas ao

piezômetro de coluna de água.

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A distância entre as tomadas de pressão, onde existe o registro de

gaveta é de 0,64 m.

O reservatório localizado na saída da tubulação tem uma secção

transversal de (31,6 x 31,6) cm, que foi utilizada para determinação da

vazão real que passa pela tubulação.

O esquema descrito pode ser visualizado pela figura 1 a seguir.

Figura 1 – Esquema de montagem da linha de perda localizada.

Cálculo das variáveis hidráulicas na válvula de gaveta

No experimento foi estudado o comportamento da válvula de gaveta,

sendo que os valores das variáveis hidráulicas dos resultados levantados no

laboratório podem ser visualizados na tabela 2, abaixo. Deve-se ressaltar

que o comprimento utilizado foi o da válvula gaveta de 0,64m.

No experimento foram escolhidos alguns valores observáveis de

altura de coluna d’água relativos à caixa de acrílico, de modo que com a

altura observada foi cronometro o tempo até o ponto escolhido como altura

relativa à área da base do reservatório de água (caixa de acrílico), conforme

é visualizado na figura 1 anterior. Esse valor experimental permite que se

obtenha a vazão volumétrica da tubulação.

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Tabela 2: Cálculo das variáveis hidráulicas da válvula de gaveta

H

(cm)

Δh

(cm)

t

(s)

Q

(m3/s)

v