PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA E LOCALIZADA

PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA E LOCALIZADA

Relatório apresentado como trabalho da disciplina de Mecânica dos Fluidos do Cursos de Graduação em Engenharia do Centro Universitário Farias Brito.

Professor: Daniel David de Lima

Fortaleza

2019

Sumário

1 - INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................. 4

2 EMBASAMENTO TEÓRICO ............................................................................................................................. 5

2.1 PERDA DE CARGA EM ESCOAMENTOS INTERNOS ......................................................................................... 5

2.2 PERDAS DE CARGAS NORMAIS ...................................................................................................................... 5

2.3 PERDAS DE CARGAS LOCALIZADAS ................................................................................................................ 7

3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................................................................................................. 8

3.1 MATERIAIS/ INSTRUMENTOS UTILIZADOS .................................................................................................... 8

3.2 MEDIDA EXPERIMENTAL E MONTAGEM DO SISTEMA PRATICA I. ................................................................. 8

3.2.1 MONTAGEM E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ....................................................................................... 9

3.3.1 MONTAGEM E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ....................................................................................... 9

4 DADOS OBTIDOS ..........................................................................................................................................10

5 CONCLUSÃO .................................................................................................................................................14

6 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................................................15

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1 - INTRODUÇÃO

O escoamento interno em tubulações sofre forte influência das paredes dos tubos, dissipando energia através de atrito. As partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da parede, ou seja, uma velocidade nula, e passam a influir nas partículas vizinhas através da viscosidade e da turbulência, desta forma dissipando energia

Essa dissipação de energia provoca a diminuição da pressão total do fluido ao longo do escoamento, a qual chamamos de perda de carga. A perda de carga pode ser distribuída ou localizada dependendo do motivo que a causa, a seguir vermos esses dois tipos de perdas.

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2 EMBASAMENTO TEÓRICO

2.1 PERDA DE CARGA EM ESCOAMENTOS INTERNOS

Na análise de escoamentos internos em tubos ou dutos é comum que se necessite determinar a perda de carga h L [m] que a tubulação impõe ao sistema fluido. Essa perda de carga é oriunda dos efeitos da viscosidade do fluido e pode ser determinada contabilizando-se os efeitos localizados h LOC [m] impostos por componentes como curvas, tês, joelhos, válvulas

normais impostos pela tubulação linear hN [m]. Assim, a perda de carga total do sistema será dada pela seguinte equação:

2.2 PERDAS DE CARGAS NORMAIS

As perdas de cargas normais ocorrem em função do efeito viscoso do fluido em escoamento e dependem de fatores como a velocidade do escoamento, a geometria da tubulação (comprimento e diâmetro), a rugosidade da parede da tubulação e das propriedades de viscosidade e massa específica do fluido. Algebricamente, é possível contabilizar as perdas de cargas normais utilizando a equação de Darcy-Weisbach

Onde L [m] é o comprimento linear da tubulação, V [m/s] é a velocidade média do escoamento, D [m] é o diâmetro da tubulação, g [m/s2 ] é a aceleração da gravidade e f é o fator de atrito. O fator de atrito é um parâmetro adimensional que depende do número de Reynolds e da rugosidade relativa. A rugosidade relativa é a relação entre a rugosidade aparente ε [m], que representa um fator característico da rugosidade da parede, e o diâmetro do tubo:

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O fator de atrito é determinado através do diagrama de Moody, que fornece o fator de atrito (ordenada y da esquerda) a partir do número de Reynolds na abscissa (eixo x) e da rugosidade relativa (ordenada y da direita). Pelo diagrama a seguir, pode-se verificar que o fator de atrito para escoamentos laminares (Re < 2100) independe da rugosidade e pode ser dado diretamente por:

Pode-se ainda verificar que, para regimes identificados na figura como plenamente turbulentos, o fator de atrito não depende de Re, mas apenas da rugosidade relativa.

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Também podemos definir o fator de atrito para o regime de escoamento turbulento por meio da seguinte equação:

2.3 PERDAS DE CARGAS LOCALIZADAS

As perdas de cargas localizadas são devidas aos componentes ou geometrias que compõem a tubulação que não sejam o tubo reto. A contabilização dessas perdas é relacionada a um fator experimental chamado coeficiente de perda KL.

O coeficiente de perda está muito relacionado à geometria dos componentes e pouco relacionado às condições do escoamento. Na figura a seguir verificamos que o fluido, ao passar por uma válvula, assim como em qualquer outro componente, tem dificuldades devido às restrições que se apresentam e que obrigam a várias mudanças de direção do fluxo para o fluido transpassar o componente.

Dessa forma, esse componente oferece uma restrição equivalente a um determinado comprimento reto de tubulação, ou seja, o seu efeito é o mesmo que um aumento da tubulação de uma quantia igual ao comprimento equivalente do componente. A determinação algébrica da perda localizada por um componente é dada por:

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A figura 1 apresenta os coeficientes de perda proporcionais