A Perda de Carga

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GNE 339 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I

Perda de carga distribuída e localizada

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Sempre que um fluido se desloca no interior de uma tubulação, parte da sua energia mecânica é convertida em energia interna e em calor. A este fenômeno, dá-se o nome de perda de carga. Para que um fluido seja deslocado de um ponto a outro, deve-se fazer uma avaliação da quantidade de energia necessária para que o deslocamento seja realizado por meio de uma máquina de fluxo. Essa avaliação pode ser realizada através de um balanço de energia na tubulação entre os pontos de interesse, de acordo com a Equação (1):

 𝑃1

𝜌𝑔

---

 𝑣2

2𝑔[pic 4]

---

𝑃2

[pic 5]

𝜌𝑔

---

 𝑣2

2𝑔[pic 6]

Considerando uma tubulação reta, com área de seção transversal constante e na qual não há acidentes (isto é, sem perda de carga localizada), a perda de energia mecânica se origina apenas em função do atrito que se estabelece entre as camadas do fluido e entre o fluido e a tubulação. Neste caso, a equação anterior pode ser simplificada para:

ℎ        = 𝑃1−𝑃2 = 𝑓 𝐿 𝑣2

[pic 7]

---

(2)

𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

---

𝜌𝑔

---

𝐷 2𝑔

O escoamento em uma tubulação pode exigir a passagem do fluido através de uma variedade de acessórios, curvas ou mudanças súbitas de área. Perdas de carga adicionais são encontradas, sobretudo, como resultado da separação do escoamento. Estas perdas são relativamente desprezíveis se o sistema incluir longos trechos retos de tubo de seção constante; no entanto, podem tornar-se significativas para trechos curtos de tubulação.

Dependendo do dispositivo, as perdas de carga menores (ou localizadas) tradicionalmente são calculadas de duas formas, a saber:

ℎ𝑙𝑜𝑐

---

= 𝐾 𝑣2

2𝑔[pic 8]

---

(3)

onde o coeficiente de perda ( ) deve ser determinado experimentalmente para cada situação, ou:[pic 9]

ℎ𝑙𝑜𝑐

---

= 𝑓 𝐿𝑒 𝑣2

𝐷 2𝑔[pic 10]

---

(4)

onde 𝐿𝑒 é o comprimento equivalente de um tubo reto.

Existem dados experimentais em profusão para as perdas localizadas, mas eles estão espalhados entre diversas fontes bibliográficas. Fontes diferentes podem fornecer valores diferentes para a mesma configuração de escoamento. Assim, torna-se relevante avaliar a magnitude da perda de carga em diferentes acessórios disponíveis no módulo didático a ser utilizado nesta prática.

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1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. EXPERIMENTO DE PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA

1. Gire a chave seccionadora para a posição (ON).[pic 11]

1. Pressione o botão rearme no quadro de comando. Neste momento o display do inversor de frequência se iluminará e o equipamento estará pronto para ser acionado.

1. Verifique se todos os pontos de tomada de pressão estão devidamente fechados com tampo ou manômetros conectados.

1. Conecte o manômetro nos trechos em que se deseja determinar a queda de pressão.

1. Verifique se os manômetros estão corretamente conectados, abra as válvulas referente a esse trecho de tubulação e ligue o equipamento.

1. Com a alteração na frequência do inversor, altere a vazão de água no equipamento.

1. Meça a queda de pressão.

1. Desligue o equipamento. Espere 20 segundos para o maior excesso de água escoar das linhas. Feche as válvulas desse trecho. Tire os manômetros, e coloque o tampo nos pontos de tomada de pressão.

1. Se houver, conecte os manômetros nos pontos de tomada de pressão de outro trecho para a tomada de queda de pressão e volte ao passo 4).

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Figura 1 – Módulo didático de Perda de Carga

1. EXPERIMENTO DE PERDA DE CARGA LOCALIZADA[pic 13]

1. Gire a chave seccionadora para a posição (ON).

1. Pressione o botão rearme no quadro de comando. Neste momento o display do inversor de frequência se iluminará e o equipamento estará pronto para ser acionado.

1. Verifique se todos os pontos de tomada de pressão estão devidamente fechados com tampo ou manômetros conectados.

1. Conecte o manômetro nos trechos em que se deseja determinar a queda de pressão.

1. Verifique se os manômetros estão corretamente conectados, abra as válvulas referente a esse trecho de tubulação e ligue o equipamento.

1. Com a alteração na frequência do inversor, altere a vazão de água no equipamento

1. Meça a queda de pressão.

1. Desligue o equipamento. Espere 20 segundos para o maior excesso de água escoar das linhas. Feche as válvulas. Retire os manômetros, e coloque o tampo nos pontos de tomada de pressão.

1. Se houver, conecte os manômetros nos próximos pontos de tomada de pressão de forma a avaliar a perda de carga no próximo dispositivo.

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Figura 2 – Acessórios para perda de carga localizada: Trechos A-B e C-D

1. MEDIDAS EXPERIMENTAIS

TABELA 1: DADOS OBTIDOS NO EXPERIMENTO DE PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA

Material	Diâmetro da tubulação (mm)	Vazão (L/h)	P1 (kgf/cm2)	P2 (kgf/cm2)

Dados adicionais: Comprimento de escoamento: L = 2,5 m; Rugosidade do PVC: ε = 1,5.10-6 m; Rugosidade do aço galvanizado (aproximando como ferro galvanizado): ε = 1,5.10-4 m; Temperatura da água do reservatório: T = 20 ºC. As rugosidades podem exercer grande influência nos resultados dos cálculos. Rigorosamente falando, não há um valor único de rugosidade para o PVC ou para o aço galvanizado; dentre outros fatores, os valores de ε podem variar conforme o grau de polimento da tubulação.