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ENGENHARIA MECÂNICA HIDRÁULICA E MÁQUINAS DE FLUXO EDUARDO MENDONÇA LIMA – 2000542 ATIVIDADE 2 PRÁTICA E RELATÓRIO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DO EXPERIMENTO DE REYNOLDS E PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA Itaperuna 2023 EDUARDO MENDONÇA LIMA PRÁTICA E RELATÓRIO DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DO EXPERIMENTO DE REYNOLDS E PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA Relatório de laboratórios virtuais envolvendo o Experimento de Reynolds e a Perda de carga distribuída para obtenção de nota na 1° avaliação da disciplina. Itaperuna-RJ 2023 ITAPERUNA-RJ, 2023 SUMÁRIO 1.1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4 1.2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 5 1.2.1. Perda de carga distribuída ............................................................................. 5 1.2.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 5 1.3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 5 1.3.1. Perda de carga distibuída .............................................................................. 5 1.3.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 5 1.4. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 6 1.4.1. Perda de carga distribuída ............................................................................. 6 1.4.2. Experimento de Reynolds .............................................................................. 7 1.4.2.2. Válvulas ................................................................................................... 8 1.4.2.3. Funil de Separação .................................................................................. 9 1.4.2.4. Mangueira ................................................................................................ 9 1.4.2.5. Pipeta ....................................................................................................... 9 1.5. RESULTADOS E CONCLUSÕES ...................................................................... 10 1.5.1. Perda de carga distribuída ........................................................................... 10 1.5.2. Experimento de Reynolds ............................................................................ 11 1.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 11 Página 4 1.1. INTRODUÇÃO Os estudos dos fluidos para a Engenharia são de grande importância pois em todas os projetos eles estão presentes. Esse estudo está envolvido em assuntos importantes como a produção de energia, a obtenção de água potável, a conservação de alimentos, lubrificação de máquinas e entre outras diversas aplicações. A viscosidade é uma das propriedades do fluido com ampla aplicação na indústria. Os lubrificantes utilizados em máquinas e motores, e em todo o mundo utilizamos compostos que foram desenvolvidos de modo que sua viscosidade varia com a temperatura numa faixa determinada, otimizando o funcionamento desses dispositivos. Na indústria farmacêutica existem diversos processos de produção que utilizam a viscosidade como parâmetro na determinação do grau de pureza de alguns insumos e controle de qualidade dos produtos. Outro exemplo pode ser visto na indústria de cosméticos, onde a viscosidade é previamente estabelecida para que a fixação e forma de aplicação dos produtos agrade os clientes. Também é possível explorar como o escoamento ocorre em torno de corpos imersos, com diversas aplicações em áreas como: aerodinâmica (aviões, foguetes, projéteis), hidrodinâmica (navios, submarinos, torpedos) e engenharia eólica (edifícios, pontes, torres de transmissão, turbinas eólicas). A perda de carga distribuída, consiste na análise de um fluido escorrendo por tubulações, onde é possível perceber que a velocidade de entrada no início do tubo ou cano, já não é a mesma no final do material. Já o Experimento de Reynolds demonstrou a existência de dois tipos de escoamento, o laminar, transicional e o turbulento. O experimento tinha como objetivo principal a visualização de um padrão de escoamento de água através de um tubo de vidro com auxílio de um fluido colorido com corante. Nos experimentos praticados, são eles a Perda de carga distribuída e o Experimento de Reynolds, nós conseguimos descobrir diversas propriedades e comportamentos dos fluidos em diversas áreas. Onde a análise desses fluidos Página 5 possibilita a criação de produtos e o comportamento de outros fluidos como a água em tubulações. 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. Perda de carga distribuída Os objetivos da análise de perda de carga distribuída é analisar a perda que ocorre ao longo da tubulação devido ao atrito do fluido com as paredes do condutor. A parede dos dutos retilíneos causam a perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente ao longo do comprimento e por isso é denominada de Perda de Carga Distribuída. 1.2.2. Experimento de Reynolds O Experimento idealizado por Osborne Reynolds que é utilizado para verificar o comportamento da água em tubulações. Através deste experimento, é possível identificar os três tipos de escoamento já citados acima, o laminar, transicional e turbulento. 1.3. JUSTIFICATIVA 1.3.1. Perda de carga distibuída O cálculo destas perdas permite a otimização destes projetos gerando economia na produção e eficiência das instalações hidráulicas, logo colabora de forma assídua nas aplicações que envolvem fluidos e tubulações. 1.3.2. Experimento de Reynolds As justificativas para o uso do experimento de Reynolds é calcular o valor do número de Reynolds para uma tubulação e relacionar o comportamento do fluido com o número de Reynolds calculado. Onde o número de Reynolds é muito utilizado para cálculos na mecânica dos fluidos tanto para líquidos quanto para gases. Pois quando citamos líquidos em uma tubulação, estamos interessados em dimensionar a tubulação e a bomba na qual vai ser usada para bombear o líquido. Para dimensionar Página 6 de maneira correta essa tubulação devemos levar em conta a diminuição da pressão que existirá no sistema devido a dificuldade do líquido em passar pela tubulação. Sendo assim, para dimensionar corretamente devemos levar em consideração o número de Reynolds, pois a dificuldade do líquido em passar pela tubulação está em função do número de Reynolds. 1.4. MATERIAIS E MÉTODOS 1.4.1. Perda de carga distribuída Os materiais utilizados nesse experimento foram os seguintes: • Uma tubulação de PVC 32 mm e uma de 25 mm; • Uma tubulação de cobre 28 mm e uma de 25 mm; • Manômetro em U; • Rotâmetro; • Válvulas; • Quadro elétrico; • Bombas hidráulicas. Passo a passo para a realização do experimento: • Passo 1: Posicionar as válvulas nas posições indicadas no roteiro. • Passo 2: Configurar as válvulas correspondentes a linha que deseja realizar o experimento. As configurações de cada linha se encontram no roteiro. • Passo 3: Conectar as mangueiras de tomada de pressão na linha a qual o experimento será realizado. • Passo 4: Mantenha o botão de emergência desativado e habilite a bomba 2. Posicione o potenciômetro de vazão no centro de sua escala e ligue o sistema. • Passo 5: Agora é só variar a vazão com o potenciômetro, anotando-a, assim como a perda de carga correspondente. São necessários 5 pontos. Página 7 1.4.2. Experimento de Reynolds A viscosidade é uma das propriedades do fluido com amplaaplicação na indústria. Os lubrificantes utilizados em máquinas e motores, e em todo o mundo utilizamos compostos que foram desenvolvidos de modo que sua viscosidade varia com a temperatura numa faixa determinada, otimizando o funcionamento desses dispositivos. Na indústria farmacêutica existem diversos processos de produção que utilizam a viscosidade como parâmetro na determinação do grau de pureza de alguns insumos e controle de qualidade dos produtos. Outro exemplo pode ser visto na indústria de cosméticos, onde a viscosidade é previamente estabelecida para que a fixação e forma de aplicação dos produtos agrade os clientes. Também é possível explorar como o escoamento ocorre em torno de corpos imersos, com diversas aplicações em áreas como: aerodinâmica (aviões, foguetes, projéteis), hidrodinâmica (navios, submarinos, torpedos) e engenharia eólica (edifícios, pontes, torres de transmissão, turbinas eólicas). 1.4.2.1. Bomba Centrífuga As bombas centrífugas são uma subcategoria de turbo bombas cuja finalidade é transportar fluidos por escoamento. Por se tratar de uma máquina hidráulica o trabalho mecânico recebido é transformado em energia, que é transferido para o fluido na forma de pressão e energia cinética. Página 8 Figura 1 – Bomba Centrífuga 1.4.2.2. Válvulas Válvulas são mecanismos de manobra que são utilizadas para controlar a vazão de um fluido dentro de uma tubulação. Na bancada, temos válvulas do tipo gaveta, válvula do tipo agulha, válvula do tipo esfera de metal e válvulas do tipo esfera de PVC. Quando essas válvulas estão totalmente abertas é possível observar uma perda de carga devido à sua forma construtiva. Ao começar a fechar uma válvula, o seu mecanismo interno, que pode ser uma esfera ou um obturador, aumenta a restrição da passagem do fluido, aumentando assim a perda de carga na tubulação e, por consequência, diminuindo a vazão do fluido dentro da tubulação, podendo chegar até o ponto de fechar totalmente a passagem. Página 9 Figura 2 – Válvulas de controle 1.4.2.3. Funil de Separação O funil de separação (ou balão de separação) é utilizado para armazenar o líquido com corante que permite ao aluno visualizar o comportamento da água. Esse componente possui uma válvula on-off que é utilizada para permitir ou não a passagem do corante para a linha do experimento. 1.4.2.4. Mangueira Mangueira pu é utilizada para direcionar o corante do funil de separação até a pipeta que se encontra na tubulação de acrílico. 1.4.2.5. Pipeta Pipeta é um instrumento de vidro muito comum em laboratórios e é utilizada para realizar a transferência de líquidos. No experimento de Reynolds, ela é utilizada para promover a passagem do líquido com corante. Figura 3 – Pipeta Página 10 1.5. RESULTADOS E CONCLUSÕES Com os resultados apresentados nos experimentos, podemos chegar a diversos resultados e conclusões que serão abordados no subtópicos a seguir. 1.5.1. Perda de carga distribuída Tabela 1 – Resultados obtidos. PVC - 32 mm ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 55,5 49,44 22 1800 56,27 91,48 40 2500 56,51 128,77 56 3000 59,18 210,7 86 3900 61,7 287,3 110 4600 PVC - 25 mm ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 32,79 122,01 82 1750 32,74 187,36 126 2200 35,23 367,49 238 3150 38,68 459,95 282 3550 45,15 630,86 346 4200 COBRE - 28mm ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 70 145,83 44 1800 Página 11 74 238 62 2300 76,7 378,02 88 2900 83,3 718,73 120 4000 80 792,34 160 4200 ACRÍLICO - 25 mm ɛ (%) Hct (mmH2O) Hc (mmH2O) Q (l/h) 24,59 122,01 92 1750 28,36 195,43 140 2250 23,54 300,82 230 2850 35,62 484,66 312 3650 36 562,21 360 3950 1.5.2. Experimento de Reynolds Podemos ver os resultados obtidos na tabela a seguir com o experimento de Reynolds. Tabela 2 – Resultado do experimento de Reynolds Conseguimos ver um resultado interessante com um fluido em escoamento laminar com uma característica prevista dentre as determinações do número de Reynolds nas bibliografias. Tem-se um valor menor que 2300 para escoamento laminar, o que foi observado como mostra o resultado da tabela 2. 1.6. QUESTIONÁRIO A SER RESPONDIDO • Quais são as principais fontes de erros para este experimento? A discrepância foi grande entre os valores teóricos e experimentais? R: A principal fonte de erro foi a forma de escoamento! Por todas serem turbulentas os cálculos tiveram erros discrepantes com relação à perda calculada. Página 12 • Análise os dados para cada tubulação e responda. Qual a influência do diâmetro da tubulação, do material e da vazão na perda de carga distribuída? R: Quanto maior a tubulação maior a vazão e perdas, também são maiores os erros das perdas calculadas. O material vai alterar o formato do gráfico deixando de ser linear quando se despreza a rugosidade para um gráfico mais curvo, quanto maior a rugosidade, mais é afetada a linearidade das perdas percebidas. • Gráficos plotados. 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 20 40 60 80 100 120 Q ( l/ h ) Hc (mmH2O) PVC - 32 mm 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 100 200 300 400 Q ( l/ h ) Hc (mmH2O) PVC - 25 mm Página 13 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 50 100 150 200 Q ( l/ h ) Hc (mmH2O) COBRE - 28 mm 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Q ( l/ h ) Hc (mmH2O) ACRÍLICO - 25 mm https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download https://v3.camscanner.com/user/download
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