Relatório Perda de Carga

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RELATÓRIO DA PRÁTICA 2 – PERDA DE CARGA
Fernanda Kemel Ziliel1; Paulo Emanuel Dante Paes Carabalone2; Andréia3; Gabriele4; Nome5; Nome6; Nome7
Acadêmicos de Engenharia Civil, UNIPAMPA, Alegrete (RS), Brasil. E-mails: 
1unipampa.fernanda@gmail.com; 2pcarabalone@gmail.com; 3e-mail@gmail.com; 4e-mail@hotmail.com; 5e-mail@hotmail.com; 6e-mail@hotmail.com; 7e-mail@hotmail.com
OBJETIVOS
	O ensaio de perda de carga teve como objetivos observar a perda de carga resultante para diferentes diâmetros em condutos retos e comparar os resultados obtidos experimentalmente com os previstos em teoria.
INTRODUÇÃO
	O estudo da perda de carga em condutos forçados é necessário para dimensionar corretamente sistemas de bombeamento e tubulações. Ao escoar, o líquido se submete à resistência aplicada pelas paredes da tubulação e pelo próprio líquido. Por conta desta resistência, o líquido dissipa uma parte da sua energia ao escoar, principalmente em forma de calor, energia esta que não pode ser recuperada e, portanto, denominada perda de carga (∆H). Pode-se classificar a perda de carga em localizada (conexões, aparelhos ou particularidades em determinados pontos da tubulação) e distribuída. O presente artigo artigo traz uma análise da perda de carga em condutos forçados, demonstrando experimentalmente esta área da hidráulica na engenharia e comparando os resultados teóricos e práticos obtidos, observando os possíveis erros de leitura comuns no experimento devido ao material utilizado e averiguando o dimensionamento de tubulações.
	 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Material utilizado
	Para a realização do ensaio, foram utilizados os seguintes materiais: bancada de perda de carga; manômetro; hidrômetro; cronômetro; folha para anotação dos valores a partir da planilha sugerida pela professora Marilia Tamiosso. 
Descrição dos procedimentos
	Os procedimentos foram os seguintes:
1. As mangueiras do manômetro foram conectadas nos pontos onde há interesse em medir as perdas de carga (2 pontos: ponto 1 e ponto 2);
2. A bomba foi ligada, cuidando em garantir a unicidade do caminho da água no circuito, regulando os vários registros (abertura máxima), fazendo toda a vazão passar somente pelo tubo e peças desejados; 
3. Foi feita a leitura da diferença de pressão utilizando os dois manômetros;
5. Os valores observados nos manômetros foram anotados; 
	*Obs.: a vazão foi a mesma para todo o procedimento. Não houve variação de vazão.
	A Fig.1 a seguir apresenta um esquema da bancada utilizada para o experimento.
Fig.1: Esquema da bancada utilizada para o experimento.
	As tabelas 1 e 2 mostram os resultados observados durante o experimento:
Tabela 1: Leituras observadas no manômetro analógico.
	Tubulação
	D (mm)
	L (mm)
	P1 (Kgf/cm²)
	P1 (m.c.a.)
	P2 (Kgf/cm²)
	P2 (m.c.a.)
	P1 – P2 (∆H) (m.c.a.)
	1
	21,5
	910
	0,539
	5,39
	0,490
	4,90
	0,49
	2
	27
	910
	0,578
	5,78
	0,560
	5,60
	0,18
	3
	27
	1130
	0,578
	5,78
	0,518
	5,18
	0,60
Tabela 2: Leituras observadas no hidrômetro.
	Vol (l)
	t (s)
	Q (l/s)
	Qméd. (l/s)
	10
	12,35
	0,809717
	0,775
	10
	13,12
	0,762195
	
	10
	13,28
	0,753012
	
A perda de carga unitária (J) pode ser encontrada a partir da relação entre a perda de carga (∆H) e o comprimento total da tubulação (J = ∆H/L), como mostra a tabela 3:
Tabela 3: Perda de carga unitária
	Tubulação
	D (mm)
	L (mm)
	L (m)
	∆H (m.c.a)
	J (mm/mm)
	1
	21,5
	910
	0,91
	0,49
	0,5385
	2
	27
	910
	0,91
	0,18
	0,1978
	3
	27
	1130
	1,13
	0,60
	0,1978¹
1 – Este último trecho possui 4 joelhos de 90° mas possui perda de carga unitária igual à do segundo trecho por terem diâmetros e vazões iguais.
A perda de carga nos quatro joelhos da tubulação 3 são iguais, portanto para encontrá-la, é necessário apenas encontrar a perda de carga localizada da tubulação e dividi-la pelo número de joelhos, e pode ser obtida pela equação equação a seguir:
∆Htotal = ∆Hlocalizada - ∆Hdistribuída
∆Htotal = ∆Hlocalizada - J*L
0,60 = ∆Hlocalizada - 0,1978*1,13
∆Hlocalizada = 0,60 - 0,2235
∆Hlocalizada = 0,3765 m
∆Hjoelho = ∆Hlocalizada/4
∆Hjoelho = 0,3765/4
∆Hjoelho = 0,0941 m
É possível calcular a perda de carga em uma tubulação de acordo com algumas equações empíricas tais como:
1 – Equação de Darcy-Weisbach ou Equação universal da perda de carga
∆H = L* com f = pois 
2 – Equação de Hazen-Williams
∆H = L* com C = 140
3 – Equação de Fair-Whipple-Hsiao
∆H = L*
Pelas equações anteriores é possível calcular a perda de carga ∆H, como mostra a tabela 4:
	Tubulação
	Comprimento total equivalente (m)
	∆H pela equação universal (m)
	∆H pela equação de Hazen-Williams (m)
	∆H pela equação de Fair-Whipple-Hsiao (m)
	1
	0,91
	0,3388
	0,2409
	0,2374
	2
	0,91
	0,1108
	0,0794
	0,0805
	3
	7,13
	0,8680
	0,6225
	0,6305
RESULTADOS E DISCUSSÃO
	Para melhor compreender os resultados, foram montados os gráficos a seguir. O gráfico 1 compara os resultados obtidos experimentalmente com os resultados obtidos pelas equações citadas. O gráfico 2 compara as relações entre os valores de perda de carga distribuída e localizada obtidos experimentalmente e através das 3 equações. Os demais gráficos comparam os resultados obtidos pelas três equações citadas anteriormente para uma tubulação predial soldável de PVC para água fria da marca Amanco. O gráfico 3 utiliza o maior diâmetro nominal da marca Amanco para calcular a perda de carga e comparar os valores de cada equação à medida que o comprimento da tubulação aumenta em 0,5 m. O gráfico 4 utiliza um comprimento de 1 m e varia o diâmetro nominal de acordo com os valores da tabela da marca Amanco, apresentados na tabela 5. Os dois gráficos apresentam também a linha de tendência.
	É possível concluir a partir do gráfico 1 que os resultados não são os mesmos devido às diferenças nas equações e medição, especialmente a equação universal, que possui uma grande diferença em relação às demais. As equações de Hazen-Williams e Fair-Whipples-Hsiao são as que possuem valores mais aproximados para mesma vazão, comprimento e diâmetro, portanto, é possível que se aproximem mais do valor correto. O erro nas medições experimentais se deve ao fato das medições terem sido feitas com aparelhos analógicos e dependente da observação humana e por isto não seja adequado confiar nestes valores.
	No gráfico 2 	pode-se observar a relação entre a perda de carga distribuída e a perda de carga localizada. No resultado experimental foi constatado que 37,2500% da perda de carga total é distribuída e 62,7500%. Pela equação Universal obteve-se 15,8510% da perda de carga como distribuída e 84,1490% como localizada. Pela equação de Hazen-Williams obteve-se 15,8387% da perda de carga como distribuída e 84,1613% como localizada. Pela equação de Fair-Whipples-Hsiao obteve-se 15,8543% de perda distribuída e 84,1457% como localizada. A partir destes dados é possível concluir que a perda de carga é cerca de 15,85% como distribuída e 85,15% como localizada. Isto se deve ao fato já explicado anteriormente que os resultados experimentais são mais suscetíveis a erros do que os resultados empíricos.
A tabela 5 foi obtida no site da própria Amanco e foi utilizada para obter os gráficos 3 e 4.
Tabela 5
No gráfico 1 é possível observar a variação da perda de carga à medida que aumenta-se o comprimento da tubulação. A relação entre os dois é linear e constante, como fora observado na tabela 3, portanto, para uma mesma vazão e um mesmo diâmetro, a perda de carga varia de acordo com o comprimento da tubulação, pois ∆H α L.
O gráfico 2 mostra que a perda de carga diminui exponencialmente com o aumento do diâmetro, o que é possível notar nas equações utilizadas, afinal, na equação universal ∆H α de Hazen-Williams ∆H α e na equação de Fair-Whipple-Hsiao ∆H α . Portanto, ao dimensionar uma obra devemos sempre colocar o maior diâmetro possível observandoo menor custo para ter uma menor perda de carga.
CONCLUSÕES
	Este experimento possibilitou a observação prática da aplicação das equações empíricas de perda de carga a fim de compará-las com o experimento e entre si. Ainda que o erro humano seja comum em experimentos com aparelhos analógicos, o experimento foi feito com maior nível de fidelidade possível na ocasião. Pode-se observar que há erros entre os diferentes métodos de obtenção de perda de carga e por isto possibilitar a escolha do melhor método.
	O aprendizado proporcionado pela prática do experimento é bastante considerável, especialmente quando proporciona algumas mudanças para análise de tubulação como foi feito nos gráficos 3 e 4, assim sendo possível sugerir mudanças ao dimensionar uma tubulação de uma obra para melhor custo-benefício. 
BIBLIOGRAFIA
[1] PORTO, RODRIGO DE MELO. “Hidráulica Básica”, 4ª Ed., São Carlos, SP: EESC - USP, 2006.
[2]http://www.amanco.com.br/web/image/texto/file/Catalogo_Predial_2014-FINAL-WEB.pdf “Soluções Amanco - Predial”, acesso em: 22 de maio de 2015.