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Faculdade Pitágoras – Guarapari - ES Mecânica dos Fluidos/Fenômenos de Transporte, 2017/1 – Profª. Míriam Klippel ROTEIRO DE AULA PRÁTICA Data:____________________________ Turma:____________________________ Equipe: Aluno (a):______________________________________________ Turma: ________________________ Aluno (a):______________________________________________ Turma: ________________________ Aluno (a):______________________________________________ Turma: ________________________ Aluno (a):______________________________________________ Turma: ________________________ Aluno (a):______________________________________________ Turma: ________________________ Aluno (a):______________________________________________ Turma: ________________________ EXPERIMENTO DE PERDA DE CARGA POR ESCOAMENTO EM ACESSÓRIOS HIDRÁULICOS 1. OBJETIVO Aplicar a coleta de todos os dados de pressão de entrada e saída em determinados trechos de canalização, analisar o resultado das perdas de carga. Comparar entre diâmetros, rugosidades e singularidades, e então interpretar estes resultados corroborando com a teoria aplicada. 2. INTRODUÇÃO TEÓRICA O conceito de perda de carga surge nos sistemas reais, em que as perdas energéticas são significativas, ou seja, em escoamentos de condutos forçados, a partir da Equação de Bernoulli, é possível, de modo geral, fazer o balanço energético entre dois pontos quaisquer de um sistema genérico: 𝐻1 = 𝐻2 + 𝐻𝑝1,2 Ou seja, 𝐻𝑝1,2 = 𝐻1 − 𝐻2 = ∆𝐻 A “perda de carga” (𝐻𝑝1,2 = ∆𝐻) pode ser dividida em dois tipos, a depender do motivo que as causa, logo, podem ser divididas em distribuídas (ℎ𝑓) ou singulares (ℎ𝑠). • Perda de carga distribuída: Ocorre devido aos trechos retilíneos de tubulação, ou seja, devido ao atrito entre as camadas do fluido no escoamento e ainda do atrito entre as paredes do conduto. A perda de carga distribuída irá ocorrer ao longo dos condutos; logo dependerá, do diâmetro da tubulação 𝐷𝐻, assim como do comprimento 𝐿, velocidade do escoamento v e das características do fluido e do conduto como mostra a equação abaixo. ℎ𝑓 = 𝑓 𝐿 𝐷𝐻 v2 2𝑔 O fator 𝑓 é o coeficiente de perda de carga distribuída, um número adimensional que engloba os efeitos da parede e das condições do escoamento 𝑓 = ∅(𝑅𝑒, 𝐷𝐻 𝐾⁄ ), onde 𝑅𝑒 é o número de Reynolds e 𝐷𝐻 𝐾⁄ é a rugosidade relativa de condutos forçados industriais. Existem inúmeras correlações na literatura para calcular o valor de 𝑓. • Perda de carga singular: Ocorre devido à presença de acessórios na tubulação (tês, curvas, válvulas...), que são adicionadas as tubulações tanto para promover a junção de dois tubos ou para mudar a direção do escoamento, ou ainda para controlar a vazão. A perda de carga singular pode ser calculada a partir do coeficiente de perda de carga distribuída 𝐾𝑠, ou pelo comprimento equivalente (𝐿𝑒𝑞). Os valores de 𝐾𝑠 são obtidos experimentalmente para cada singularidade e são tabelados. ℎ𝑠 = 𝐾𝑠 v2 2𝑔 = 𝑓 𝐿𝑒𝑞 𝐷𝐻 v2 2𝑔 3. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS Para a medição de perda de carga será utilizado um circuito fechado onde o escoamento pressurizado pode ser criado. Esse circuito é composto: - uma bomba; - um reservatório de água com válvula de bloqueio; - Tubulação de realimentação, curta com diversas conexões; - Registro de gaveta, utilizado para controlar vazão; - Manômetro de Bourdon, ligados em dois pontos distintos da tubulação para medir a diferença de pressão entre dois pontos da tubulação; - Recipiente com medição de volume, utilizado para se obter a vazão (Se necessário, comparar a medição da vazão com os demais instrumentos da bancada); - Cronômetro, utilizado para se obter o tempo de coleta de volume. 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Realizado pelo Responsável Técnico do Laboratório a) Abrir e fechar as válvulas do circuito como orientação do professor. b) Ligar a bomba (220 V). Sempre garantir a unicidade do caminho da água do circuito, regulando os vários registros (abertura máxima), fazendo toda a vazão passar somente pelo tubo e peças desejados a uma vazão constante. c) Encher o reservatório com água até um nível estipulado e cronometrar o tempo para calcular a vazão volumétrica. d) Conectar as mangueiras nos pontos onde há interesse em medir as perdas de carga. Anotar a singularidade escolhida e os ramos utilizados. Dados coletados: Perda de carga experimental Diâmetro tubo: Tipo do tubo: Comprimento do tubo: Entrada (bar) Entrada (Pa) Saída (bar) Saída (Pa) ∆𝐻 1 bar = 100000 Pa, 1”=0,0254 m Vazão volumétrica Dimensões tanque: Comprimento: Largura: Dados para calcular vazão volumétrica: Altura 01 (m): Tempo 01 (s): 𝑄𝑉1 Altura 01 (m): Tempo 02 (s): 𝑄𝑉2 Altura 01 (m): Tempo 03 (s): 𝑄𝑉3 Média (m³/s): - Desenho esquemático da bancada hidráulica com os ramais utilizados: 5. CALCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS Exercícios: 1) Calcule a perda de carga teórica para o caso analisado. Pesquise formas de calcular o fator 𝑓. 2) Comente sobre o resultado teórico e experimental. 3) Descreva o procedimento usado para medir a vazão volumétrica. 6. BIBLIOGRAFIA BRUNETTI, Franco.; Mecânica dos fluidos; 2. Ed. rev.; Pearson prentice Hall; São Paulo; 2008. ESCOLA VIVA. Disponível em:<http://www.ctec.ufal.br/professor/mgn/AulaPratica03A05PerdaDeCarga.pdf>. Acesso em: 02 nov. 2016.