Relatório Perda de Carga

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - FACET
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
RELATÓRIO - AULA PRÁTICA 01:
Perda de Carga
BELO HORIZONTE
2014
RELATÓRIO - AULA PRÁTICA 01:
Perda de Carga
Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Máquinas Hidráulicas, do Curso de Engenharia Mecânica, no Centro Universitário Newton Paiva.
Prof.:
BELO HORIZONTE, 29 DE ABRIL DE 2014
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO..............................................................................................	4
2	DESENVOLVIMENTO..................................................................................	5
2.1	OBJETIVO GERAL.......................................................................................	5
2.1.1	OBJETIVOS ESPECÍFICOS.........................................................................	5
2.2	METODOLOGIA............................................................................................	5
2.3	MATERIAIS...................................................................................................	5
2.4	PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS........................................................	6
3	CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES.......................................................	7
REFERÊNCIAS.............................................................................................	10
1 INTRODUÇÃO
O conceito nos diz que a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa é chamada de PERDA DE CARGA. Esse termo é muito utilizado em engenharia, principalmente na área de mecânica dos fluidos.
A perda de carga num tubo ou canal, é a perda de energia dinâmica do fluido devido à fricção das partículas do fluido entre si e contra as paredes da tubulação que os contenha. Ela pode ser contínua, ao longo dos condutos regulares, acidental ou localizada, devido a circunstâncias particulares, como um estreitamento, uma alteração de direção, a presença de uma válvula, etc.
Como fórmula universal para perda de carga, temos:
	
onde:
0= perda de carga ao longo do comprimento do tubo (mca)
= fator de atrito de Darcy-Weisbach (adimensional)
= comprimento do tubo (m)
= velocidade do líquido no interior do tubo (m/s)
= diâmetro interno do tubo (m)
= aceleração da gravidade local (m/s2)
OBJETIVOS
Avaliar diversas condições de vazão diâmetro e perda de carga.
MATERIAIS
• Bancada Tesitec para estudos de perdas de carga, composta de reservatório de fluido, conjunto motor-bomba centrífuga, tubulações, conexões, válvulas e sensores de medição;
• Trena metálica de 5m;
• Paquímetro digital Mitutoyo; escala: 0-200mm, resolução 0,02;
•Bomba CHPN x DP-4 /1 CV – 3500 RPM 
• Dois sensores medidores de pressão:
FIGURA 1 – Sensor medidor de pressão
Fonte: www.ifm.com.br
• Sensor medidor de vazão, conforme figura 5 a seguir:
FIGURA 2 – Sensor medidor de vazão
Fonte: www.ifm.com.br
• Duas conexões “T”, com saída bilateral:
FIGURA 3 – Conexão “T” – Saída bilateral
Fonte: www.redebras.com.br
• Válvula de gaveta de esfera
FIGURA 4 – Válvula de gaveta aberta ou de esfera
Fonte: www.ifm.com.br
• Duas conexões união:
FIGURA 5 – Conexão união ou junção
Fonte: www.redebras.com.br
Metodologia
Como vimos a bancada de perdas de cargas, fabricante Tesitec, é produzida apenas para fins didáticos. Nela, o fluido é bombeado e escoa por diversas tubulações e conexões sem qualquer finalidade que não seja exemplificar, afim de se estimar as perdas de carga em diferentes fatores que interferem no escoamento.
O fluido é bombeado por um conjunto constituído por motor elétrico acoplado a uma bomba do tipo centrífuga. Como a bancada possui diversos caminhos para o fluido, foi pré-estabelecido um trecho com duas conexões em “T” de saída bilateral, duas uniões, uma válvula de gaveta aberta ou de esfera. Um sensor de medição de pressão foi colocado no início e o outro no final da tubulação. O sensor medidor de vazão foi instalado na linha de retorno.
Com o circuito em trabalho, fazendo a vazão passar pelo tubo e conexões desejadas, a bomba foi acionada, o fluxo do fluido percorreu o trecho indicado para tubulações de cobre, aço galvanizado e PVC as medições foram registradas.
Tubulação de Aço Galvanizado:
Pressão no início da tubulação (P1): 2 bar;
Pressão no fim da tubulação (P2): 1,05 bar;
Vazão (Q): 4,850 m3/h;
Temperatura (T): 21,4 ºC.
Diâmetro do Tubo (D): 22,68 mm;
Tubulação de PVC:
Pressão no início da tubulação (P1): 1,93 bar;
Pressão no fim da tubulação (P2): 1,32 bar;
Vazão (Q): 5,770 m3/h;
Diâmetro do Tubo (D): 20,40 mm;
Temperatura (T): 21,4 ºC.
RESULTADOS
Cálculo da Perda de Carga Total () através dos valores experimentais:
Equação da Energia:
 Equação I
Onde:
= Pressão [Pa];				= Peso Específico [N/m³];
= Cota [m];					= Velocidade [m/s];
= Aceleração da Gravidade [m/s²];
= Carga da Máquina (bomba ou turbina) [m];
= Perda de Carga Total [m].
Tubulação de Aço Galvanizado:
= 2 bar = 200 kPa (Pressão na entrada da tubulação);		
= 1,05 bar = 105 kPa (Pressão na saída da tubulação);
== constante, não há diferença de cota entre os pontos 1 e 2;
== constante, a velocidade de escoamento do fluído na tubulação é a mesma;
= 19,05 mm = 0,01905 m;
= 243 cm = 2,43 m (Comprimento analisado para perda de carga contínua, sem as conexões);
= 10 kN/m3; = 9,81m/s²;
= 4,850 m3/h = 4,850 m3/3600 s = 1,34777.10-3 m3/s;
= 0, não existe máquina ao longo da tubulação.
Cálculo da Velocidade: 
			 
 
 
Substituindo os valores na Equação da Energia:
Tubulação de PVC:
= 1,93 bar = 193 kPa (Pressão na entrada da tubulação);		
= 1,32 bar = 132 kPa (Pressão na saída da tubulação);
== constante, não há diferença de cota entre os pontos 1 e 2;
== constante, a velocidade de escoamento do fluído na tubulação é a mesma;
= 25,4 mm = 0,0254 m;
= 137 cm = 1,37 m (Comprimento analisado para perda de carga contínua, sem as conexões);
= 10 kN/m3; = 9,81m/s²;
= 5,495 m3/h = 5,495 m3/3600 s = 1,52639.10-3 m3/s;
= 0, não existe máquina ao longo da tubulação.
Cálculo da Velocidade: 
			 
 
 
Substituindo os valores na Equação da Energia:
Cálculo da Perda de Carga Total () através da equação:
 Equação III
Sendo: 
= Perda de Carga Localizada (fórmula comum a todos os materiais)
 Equação IV
Onde:
= coeficiente de perda de carga localizada.
Coeficiente de perda de carga das conexões (BAPTISTA e COELHO, 2010):
1. “T” de saída bilateral: = 1,80;
2. Válvula esférica de gaveta aberta: = 0,20;
3. União (Junção): = 0,40.
		
Tubulação de Aço Galvanizado:
 
= Perda de Carga Contínua
Fórmula de Fair-Whipple-Hsiao (pequenos diâmetros):
			 Equação VI
Tubulação de PVC:
 
= Perda de Carga Contínua
Fórmula de Flamant: Equação VII
Comparação dos valores obtidos pelos métodos experimental e teórico:
Tubulação de Aço Galvanizado:
Experimental: 
Teórico: 
Tubulação de PVC:
Experimental: 
Teórico: 
Determinação do valor de “f” (Darcy - Weisbach) e “C” (Hazen - Willians):
 Equação VIII
 Equação IX
Tubulação de Aço Galvanizado:
Tubulação de PVC:
Análise entre a variação de temperatura e a perda de carga no experimento:
Tubulação de Aço Galvanizado: 
Tubulação de PVC: 
5 CONCLUSÕES
Com o término da prática, concluímos que os resultados das medições podem variar de acordo com os diferentes fatores que influem internamente e externamente. 
O trecho de tubulação estudado não está isolado e é influenciado pelas condições do ambiente em que se encontra o laboratório. Não houve um detalhamento de todo o trecho,mas sim, uma simplificação pelo fato de as dimensões de determinadas partes serem consideradas pequenas em relação ao tamanho do trecho analisado. 
O escoamento do fluido é influenciado por um aumento de energia térmica, uma velocidade distinta em cada ponto da seção, um escoamento turbulento, pois todos os escoamentos possuem turbulência, mesmo que pequenas quantidades, as pressões envolvidas nessas condições e diversos outros fatores que estão dentro do estudo de varáveis que afetam o escoamento de um fluido.
REFERÊNCIAS
BAPTISTA, Márcio Benedito; COELHO, Márcia M. L. Pinto. Fundamentos de Engenharia Hidráulica. 3ª edição rev. e ampl. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2010.
OLVEIRA, Humberto Barros de; JÚNIOR, Ezequiel de Souza Costa; COSTA, Maria Celeste M. de Souza. Bombas. Edição limitada. Belo Horizonte: 2002.