Perda de carga Localizada

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
DISCIPLINA: HIDRÁULICA EM CONDUTOS FORÇADOS
 EXPERIMENTO 3 
ESTUDO DE PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Docente: 
Welitom Ttatom Pereira da Silva 
Cuiabá/MT
Junho de 2014
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
DISCIPLINA: HIDRÁULICA EM CONDUTOS FORÇADOS
 EXPERIMENTO 3 
ESTUDO DE PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Relatório do 3° experimento realizado, solicitado pelo Prof. Welitom Ttatom Pereira da Silva, como requisito avaliativo do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental na disciplina de Hidráulica dos Condutos Forçados..
Discentes:
Elisangela Maria Ferrarez
Jose Augusto Correia
Marcio Braga de Almeida
Oátomo Augusto Martinho Modesto
Cuiabá/MT 
Junho de 2014
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Registro de Gaveta	4
Figura 2 - Curva do K1 x Reynolds	7
Figura 3 – Curva do K2 x Reynolds	8
Figura 4 - Curva do K3 x Reynolds	9
Figura 5 - Relação entre os coeficentes Ks nas tres tomadas de vazões.	9
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Dados Primeira Tomada de Vazão	12
Quadro 2 - Dados Segunda Tomada de Vazão	13
Quadro 3 - Dados Terceira Tomada de Vazão	14
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Valores de K1 para registro de gaveta parcialmente fechado	7
Tabela 2 - Valores de K2 para registro de gaveta parcialmente fechado	8
Tabela 3 - Valores de K3 para registro de gaveta parcialmente fechado	9
INTRODUÇÃO
Em tubulações quando há o escoamento interno, este sofre forte influencias das paredes, fazendo com que a energia se dissipem devido ao atrito, ou seja, as partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da parede tornando-se nula e passam a influir nas partículas vizinhas através da viscosidade e da turbulência, dissipando a energia. Essa dissipação da energia abaixa a pressão total do fluido que escoa e então é denominado Perda de Carga. Essa perda de carga pode ser caracterizada em duas formas:
Perda de Carga Localizada ocorre onde a perda de carga é causada pelos acessórios de canalização, isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, que provocam a variação brusca da velocidade, em modulo ou direção, influenciando diretamente na perda de energia nos pontos onde estão localizadas, com isso o escoamento sofre perturbações em pontos de instalação tais como válvulas, curvas, reduções e joelhos.
Perda de Carga Distribuída onde as paredes dos dutos causam uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente ai longo do comprimento e por isso e denominada de Perda de Carga Distribuída. 
Como a perda de carga distribuída ocorre em toda extensão da tubulação, vários fatores influenciam nesta perda de carga, pois depende do diâmetro (D) e do comprimento (L) do tubo, da rugosidade da parede, da propriedades do fluido, da massa especifica e da viscosidade e velocidade do (V) do escoamento. Sendo que cada fator está relacionado com o material que foi utilizado na fabricação bem como seu estado de conservação, pois um tubo novo apresenta uma rugosidade menor que um tubo usado.
Fundamento Teórico
Para se calcular a perda de carga através do duto de escoamento. Para tanto, é necessário termos conhecimento da fórmula da carga. 
 
. (1)
Onde: 
• ∆H = Perda de carga; 
• K = Coeficiente Adimensional;
• V = velocidade de escoamento ; [V] = m/s 
• g = aceleração da gravidade ; [g] = m/s² 
Figura 1 – Registro de Gaveta
 Em geral, o coeficiente K determinado experimentalmente para Reynolds maiores que 105 torna-se independente de Reynolds e assume-se como constante e deverá ser tirado de tabelas obtidas em literatura. 
Objetivo
O presente trabalho tem como objetivo obter o conhecimento e também aprendizado usando um modelo hidráulico e através da obtenção de dados por meio de coletas no laboratório de hidráulica, observando as variações de pressão conforme alterava a vazão da tubulação e com as determinadas equações matemáticas obter os resultados satisfatórios tanto com valores observados nos aparelhos de medição, bem como proporcionar experiência, entendimento das formas de transformação de energia e sua importância para o dimensionamento e operação de sistemas hidráulicos. 
APARATO EXPERIMENTAL
O equipamento utilizado é composto por válvula de entrada de água no sistema (1), válvula de controle de vazão (2), um par de piezômetros de mercúrio (3), tubo (4), válvula união de PVC rígido para análise de perda de carga localizada (5), braço para manter em conduto forçado (6) e um reservatório para receber a descarga de água (7). Abaixo há uma figura ilustrativa do aparato.
FIGURA 01 – Aparato instrumental do ensaio de perda de carga localizada
Nesse instrumento, a água entra no sistema através do acionamento da válvula de entrada, então parte da descarga é direcionada para o tubo onde será analisada a perda, o excesso é eliminado por um duto que controla a velocidade da água para não romper o cano. A medida que a água passa pelo tubo, há dois pontos para análise de perda de carga, um antes da válvula união e outro após, que fazem a medida da água em um par de piezômetros com mercúrio interligado.
Ao final do percurso, a água encontra no trajeto uma inclinação da tubulação de 90°, que foi instalado para conservar a sessão completa. Então a água é despejada no reservatório, findando a trajetória.
Foi utilizada uma tubulação de PVC branco de 11/2’’, niples, joelhos e válvula união para fazer a conexão. E com furadeira e pino foram feitos os dois pontos para medir a pressão.
PROCEDIMENTO
Material Utilizado
01 Tubo de pvc soldável (40 mm) - 3 metros de extensão
01 Registro de Gaveta (1 ½ polegadas)
Balde (9 Litros)
Cronometro 
Método
Com o aparato montado, deu-se início ao experimento. Todo o experimento foi realizado em 3 tomadas de vazões, ou seja, três diferentes aberturas da válvula inicial. 
	Com a válvula inicial aberta quase que totalmente, e o registro de gaveta, no caso a peça a ser estudada totalmente aberta coletou-se três amostras de vazões para se obter a média de tempo, e assim calcular a vazão pelo tempo. Efetuando calculo utilizando a metodologia de regra de 3, obteve-se a quantidade de voltas a ser aplicada no registro de gaveta. A fração do numero de voltas foi orientado conforme a bibliografia, se dividindo em: 0, ¼, 3/8, ½, 5/8, ¾, 7/8. Como o numero total de voltas da válvula foi de 9,25 voltas elas foram da seguinte maneira: 9,25; 6,94; 5,77; 4,62; 3,47; 2,31; 1,16. E em cada volta coletou-se três amostras de vazões para obter a media de tempo, e assim calcular a vazão pelo tempo. Esse processo se repetiu duas vezes nas outras duas tomadas de vazão aplicada para estudar a válvula.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com os valores de perda de carga obtidos através de cálculos utilizando os dados da Tabela 1, foi elaborado os gráficos da figura abaixo, os parâmetros utilizados para o calculo da perda de carga localizada
	a/D
	0 
	 1/4
	 3/8
	 1/2
	 5/8
	 3/4
	 7/8
	Nº de Voltas
	9,25
	6,94
	5,77
	4,63
	3,47
	2,31
	1,16
	K1
	1,35
	1,37
	1,40
	1,43
	1,46
	1,51
	1,58
 Tabela 1- Valores de K1 para registro de gaveta parcialmente fechado
Figura 2 - Curva do K1 x Reynolds 
	a/D
	0 
	 1/4
	 3/8
	 1/2
	 5/8
	 3/4
	 7/8
	Nº de Voltas
	9,25
	6,94
	5,77
	4,63
	3,47
	2,31
	1,16
	K2
	1,90
	2,56
	3,23
	3,93
	4,56
	5,22
	5,98
Tabela 2 - Valores de K2 para registro de gaveta parcialmente fechado
Figura 3 – Curva do K2 x Reynolds
	a/D
	0 
	 1/4
	 3/8
	 1/2
	 5/8
	 3/4
	 7/8
	Nº de Voltas
	9,25
	6,94
	5,77
	4,63
	3,47
	2,31
	1,16
	K3
	2,14
	2,87
	3,58
	4,32
	5,03
	5,78
	6,62
Tabela 3 - Valoresde K3 para registro de gaveta parcialmente fechado
Figura 4 - Curva do K3 x Reynolds
Figura 5 - Relação entre os coeficentes Ks nas tres tomadas de vazões.
CONCLUSÃO
Através deste experimento foi possível um estudo aprofundado sobre o regime de escoamento. observou-se também que perda de carga hf e diretamente proporcional a vazão (Q) e os valores teóricos e os medidos apresentaram resultados semelhantes.
Apesar das incertezas serem muito discrepantes, os valores das constantes de perda de carga tanto os calculados quanto os observados, os valores estavam coerentes com a teoria apresentada.
E por final, comprovou-se que o numero de Reynolds realmente pode descrever o tipo de regime que ocorre dentro de um sistema associando a geometria do conduto e a propriedade do fluido. 
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA	
ANEXO
Anexo 01
Quadro 1 - Dados Primeira Tomada de Vazão
	Primeira Tomada de Vazão
	a/D
	0 
	 1/4
	 3/8
	 1/2
	 5/8
	 3/4
	 7/8
	
	Nº de Voltas
	9,25
	6,94
	5,77
	4,63
	3,47
	2,31
	1,16
	
	K1
	1,35
	1,37
	1,40
	1,43
	1,46
	1,51
	1,58
	
	 
	
	T¹
	2,20
	2,10
	2,40
	2,20
	2,50
	3,00
	3,80
	
	T²
	1,90
	2,00
	2,20
	2,40
	2,70
	3,00
	3,30
	
	T³
	1,60
	2,00
	2,00
	2,60
	2,70
	3,10
	3,80
	
	Média 
	1,90
	2,03
	2,20
	2,40
	2,63
	3,03
	3,63
	
	Vol. (L)
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	
	Vazão (L/s)
	4,74
	4,43
	4,09
	3,75
	3,42
	2,97
	2,48
	
	Q (m³/s)
	4,74E-03
	4,43E-03
	4,09E-03
	3,75E-03
	3,42E-03
	2,97E-03
	2,48E-03
	
	Velocidade (m/s)
	3,77
	3,52
	3,26
	2,98
	2,72
	2,36
	1,97
	
	Diametro 
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	
	J
	0,32
	0,29
	0,25
	0,22
	0,18
	0,14
	0,10
	
	L (m)
	3,00
	3,00
	3,00
	3,00
	3,00
	3,00
	3,00
	
	AH
	0,974
	0,865
	0,754
	0,647
	0,550
	0,430
	0,313
	
	Reynolds
	 150.778,37 
	 140.891,26 
	 130.217,68 
	 119.366,21 
	 108.789,46 
	 94.443,59 
	 78.847,40 
	
	PA Montante (MCA)
	0
	0
	0
	1,02
	3,06
	8,16
	16,32
	
	PA Jusante (MCA)
	1,63
	1,63
	1,62
	1,6
	1,41
	1,06
	0,2
Anexo 02
Quadro 2 - Dados Segunda Tomada de Vazão
	
Segunda Tomada de Vazão
	a/D
	0 
	 1/4
	 3/8
	 1/2
	 5/8
	 3/4
	 7/8
	
	Nº de Voltas
	9,25
	6,94
	5,77
	4,63
	3,47
	2,31
	1,16
	
	K2
	1,90
	2,56
	3,23
	3,93
	4,56
	5,22
	5,98
	
	 
	
	T¹
	7,70
	7,80
	8,00
	8,60
	8,70
	8,60
	9,30
	
	T²
	8,00
	7,80
	8,10
	8,70
	8,30
	8,30
	9,10
	
	T³
	7,20
	7,90
	8,30
	8,60
	8,30
	8,60
	9,10
	
	Média 
	7,63
	7,83
	8,13
	8,63
	8,43
	8,50
	9,17
	
	Vol. (L)
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	
	Vazão (L/s)
	1,18
	1,15
	1,11
	1,04
	1,07
	1,06
	0,98
	
	Q (m³/s)
	1,18E-03
	1,15E-03
	1,11E-03
	1,04E-03
	1,07E-03
	1,06E-03
	9,82E-04
	
	Velocidade
	0,94
	0,91
	0,88
	0,83
	0,85
	0,84
	0,78
	
	Diametro 
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	
	J
	0,03
	0,03
	0,03
	0,02
	0,02
	0,02
	0,02
	
	L (m)
	3,00
	4,00
	5,00
	6,00
	7,00
	8,00
	9,00
	
	AH
	0,085
	0,109
	0,127
	0,138
	0,167
	0,189
	0,186
	
	Reynolds
	 37.529,99 
	 36.571,77 
	 35.222,82 
	 33.182,88 
	 33.969,83 
	 33.703,40 
	 31.252,24 
	
	PA Montante (MCA)
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	2,04
	
	PA Jusante (MCA)
	0,39
	0,46
	0,42
	0,42
	0,41
	0,38
	0,3
Anexo 03
Quadro 3 - Dados Terceira Tomada de Vazão
	Terceira Tomada de Vazão
	a/D
	0 
	 1/4
	 3/8
	 1/2
	 5/8
	 3/4
	 7/8
	
	Nº de Voltas
	9,25
	6,94
	5,77
	4,63
	3,47
	2,31
	1,16
	
	K3
	2,14
	2,87
	3,58
	4,32
	5,03
	5,78
	6,62
	
	 
	
	T¹
	12,20
	12,60
	12,60
	12,80
	12,80
	12,90
	14,10
	
	T²
	12,00
	12,10
	12,30
	12,50
	12,80
	12,80
	13,4
	
	T³
	12,00
	12,50
	12,30
	12,40
	12,10
	12,70
	13,70
	
	Média 
	12,07
	12,40
	12,40
	12,57
	12,57
	12,80
	13,73
	
	Vol. (L)
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	9,00
	
	Vazão (L/s)
	0,75
	0,73
	0,73
	0,72
	0,72
	0,70
	0,66
	
	Q (m³/s)
	7,46E-04
	7,26E-04
	7,26E-04
	7,16E-04
	7,16E-04
	7,03E-04
	6,55E-04
	
	Velocidade
	0,59
	0,58
	0,58
	0,57
	0,57
	0,56
	0,52
	
	Diametro 
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	0,04
	
	J
	0,01
	0,01
	0,01
	0,01
	0,01
	0,01
	0,01
	
	L (m)
	3,00
	4,00
	5,00
	6,00
	7,00
	8,00
	9,00
	
	AH
	0,038
	0,049
	0,061
	0,071
	0,083
	0,092
	0,092
	
	Reynolds
	 23.741,35 
	 23.103,14 
	 23.103,14 
	 22.796,73 
	 22.796,73 
	 22.381,16 
	 20.860,11 
	
	PA Montante (MCA)
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	1,02
	
	PA Jusante (MCA)
	0,38
	0,38
	0,38
	0,41
	0,41
	0,35
	0,3