Fenomeno Transportes Prática

4ª Aula Experimental – Perda de Carga Localizada:

1. Objetivo:

Verificar a perda de carga em um elemento singular e determinar o comportamento do coeficiente de resistência (KS) deste elemento.

2. Fundamentos Teóricos:

As instalações hidráulicas não são formadas unicamente de tubos e a inserção de elementos como curvas, reduções, válvulas e etc. vão ocasionar perdas de carga adicionais. Torna-se bastante prático converter o efeito causado por uma singularidade em um coeficiente de resistência da tubulação. A equação da perda de carga em uma singularidade é dada por:

(eq. 1)

onde: hCL= perda de carga no elemento considerado;

KS = coeficiente de resistência ou perda de carga singular;

g = aceleração local da gravidade;

v = velocidade média de escoamento do fluido.

Comparando com a equação de Darcy-Weisbach:

(eq. 2)

Novamente, isto somente pode ser considerado verdadeiro para “Re” elevados.

3. Procedimento Experimental:

3.1. Preparação:

Foi instalado na tubulação de ¾’’ uma curva de 90º da linha M.U. e o tubo Venturi na outra em outra parte da tululação. A medida da vazão foi realizada através do tubo Venturi, com fizemos no 2º e 3º experimentos. Para medir as pressões na singularidade, conectamos as duas mangueiras às tomadas de pressão na entrada e na saída do elemento (curva de 90º) e a duas das linhas do piezômetro (PC e PD). Esta será a perda de carga no elemento singular. Repetindo a operação para o tubo Venturi, conectado a duas das linhas do piezômetro (PA e PB).

No tubo Venturi, a vazão mássica será determinada por: (eq. 3)

onde: P= diferença de pressão entre os piezômetros (pA-pB);

 = massa específica do fluido em escoamento;

DO = diâmetro do tubo Venturi em seu estrangulamento;

 = fator diâmetro (D0/DT=0,48);

C = coeficiente de Descarga (QPrática/QTeórica=0,99).

Esta é a equação da curva de calibração e todos os termos constantes estão englobados em uma constante “K” a ser determinada experimentalmente:

(eq. 4)

O diâmetro (D0) do estrangulamento é de 10mm e o diâmetro da tubulação (DT) é 20,83mm, a massa específica da água pode ser utilizada como =1.10-3g/mm3 e a aceleração da gravidade local pode ser aferida como g=9,81.103mm/s2. O produto “.g” terá valor de 9,81. A viscosidade cinemática da água (fluido utilizado no experimento) é, a 20ºC (temperatura aproximada do experimento) “1,0cS” (1,0centiStoke=1,0.10-2Stokes=1,0.10-6m2/s). Note que “K” pode ser obtido teoricamente por:

(g.mm)1/2

Na tubulação de ¾’’, entre os pontos “C” e “D” existirá uma curva de 90º e a medida de pressão dos piezômetros permitirá aplicar a equação de Bernoulli, conforme a figura e o desenvolvimento seguinte:

(Fig. 1)

(Eq. 5)

Como a tubulação é horizontal (hC=hD) e não apresenta alteração de diâmetro, com regime permanente (vC=vD), a equação “5” se reduz a:

(Eq. 6)

3.2. Ensaio:

Foi fechado totalmente o registro e após ligamos a bomba. O registro vagarosamente foi sendo aberto para que se pude-se fazer a limpeza da tubulação , ou seja a retirada de todas as bolas de ar contidas na tubulação. Abrimos o registro vagarosamente até que seja estabelecida a vazão máxima da instalação, ou seja, atingido o limite da faixa dos piezômetros. Após a retirada do ar da tubulação fechamos o registro ate o nível nos piezômetros se nivelarem, após estes nível ter sido estabelecido, o registro foi lentamente sendo aberto e coletamos 10 medidas nos piezometros para medir a pressão. PA, PB, PC e PD e calcular ΔP.

Tabela 3.2.1. Coleta de pressões no tubo Venturi para determinação da vazão:

PA PB P .g

K Q

mmca mmca mm

559,0000 569,0000 10,0000 9,8100 9,9045 3,5734 35,3929

512,0000 590,0000 78,0000 9,8100 27,6619 3,5734 98,8470

522,0000 622,0000 100,0000 9,8100 31,3209 3,5734 111,9222

535,0000 665,0000 130,0000 9,8100 35,7113 3,5734 127,6109

548,0000 704,0000 156,0000 9,8100 39,1198 3,5734 139,7908

512,0000 699,0000 187,0000 9,8100 42,8307 3,5734 153,0513

530,0000 781,0000 251,0000 9,8100 49,6217 3,5734 177,3181

543,0000 822,0000 279,0000 9,8100 52,3162 3,5734 186,9469

556,0000 866,0000 310,0000 9,8100 55,1462 3,5734 197,0593

562,0000 889,0000 327,0000 9,8100 56,6381 3,5734 202,3904