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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA - BURITIS FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA - FACET CURSO ENGENHARIA AMBIENTAL PRÁTICA I – PERDA DE CARGA Relatório apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental do Centro Universitário Newton Paiva Campus I, na disciplina de Hidráulica. Professor: Handerson C. Gomes Alunos: Bruno Richard Lima-11211201 Christian Daberning- 11211445 Fabíola Tárcila Carvalho de Jesus- 11111721 Fernanda Antunes de Lacerda 11411734 Guilherme Gurgel Soares- 11311028 BELO HORIZONTE 2017� SUMÁRIO 31. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVOS DO ENSAIO 3 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3 4. MATERIAIS E MÉTODOS 3 5. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 3 6. CÁLCULOS 3 6.1. Perda de carga experimental do trecho reto de tubulação 3 6.2. Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Darcy Weissbach; 4 6.3. Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Fair Whipple Hsiao; 4 6.4. Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Hazen Williams; 4 6.5. Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Flamant; 4 6.6. Perda de carga experimental para as peças / conexões monitoradas o ensaio; 4 6.7. Perda de carga teórica para as perdas localizadas monitoradas no ensaio, usando os respectivos coeficientes de perda de carga. 5 7. CONCLUSÃO 6 8. REFERÊNCIAS 6 � INTRODUÇÃO Condutos fechados para o transporte de água estão presentes na maior parte das obras civis. A grande vantagem prática dessa alternativa sobre escoamento em canais é a maior flexibilidade do escoamento em regime pressurizado. Escoamento pressurizados sustentam-se tanto em pressões subatmosféricas como no caso de a pressão ser bastante superior àquela correspondente à geratriz superior do conduto. Assim, a linha de energia pode ter inclinação mais pronunciada que a declividade do terreno onde o conduto está assentado. E assim, em se dispondo de bastante pressão, é possível utilizar-se condutos com seções transversais relativamente pequenas para o transporte de uma dada vazão em longas distancias. Por outro lado, cuidado deve ser tomado nos casos onde há variação de vazão nos condutos ao longo do tempo, particularmente se essa variação acontece rapidamente. As pressões envolvidas nessas condições, referidas tecnicamente como condições transientes de escoamento, podem exceder facilmente o limite de resistência do material, resultando em rupturas (por vezes explosivas) e/ou colapso dos condutos. As formulas de perda de carga são essenciais nesse contexto de forma que seja possível determinar a quantidade necessária de pressão que será capaz de transportar a necessária vazão pelos condutos. As formulas de perda de carga com base teórica geralmente são relacionadas à carga cinética v²/2g. Formulas experimentais em geral não se baseiam no quadrado da velocidade, mas em outros valores baseados na análise estatística de dados coletados em laboratório. OBJETIVOS DO ENSAIO Observar para as diferentes condições de vazão e diâmetro a perda de carga / energia resultante em condutos retos e em diferentes tipos de conexão hidráulica. Promover em seguida a comparação dos resultados obtidos experimentalmente de perda de carga com aqueles previstos em teoria. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Considerando as diferentes formas de energia presentes no escoamento em condutos fechados, a partir da equação de Bernoulli, observa-se: Em=Ec+Ez+Ep Onde: Ez=Energia Potencial=m.g.h → Carga de posição Ec=Energia Cinética=m.v2/2 → Carga de velocidade Ep=Energia piezométrica=P.V → Carga de pressão Considerando um fluido ideal e dividindo os termos da equação acima pelo produto da massa pela gravidade, tem-se: H=v2/2.g +h+P/ˠ (Equação de Bernoulli ou equação da conservação de energia) Onde: h : altura da partícula de fluido P: Pressão do fluxo do fluido v: velocidade linear da partícula do fluido g: aceleração da gravidade , 9,81m/s2 Analisando o escoamento ao longo de um trecho, a equação de Bernoulli pode ser apresentada da seguinte forma: V12/2.g+h+P1/ˠ=V22/2.g+h+P2/ˠ+∆H Onde H é a perda de carga entre os dois pontos. MATERIAIS E MÉTODOS Para medição de perda de carga será utilizado um circuito hidráulico fechado onde o escoamento pressurizado pode ser criado. Esse circuito consiste em: Bomba de 3cv, com frequência de rotação de 60 Hz; Reservatório de água com 300 L de capacidade. Tubulação de realimentação, curta com diversas conexões; Registros de esfera, utilizados para abertura de linha e controle de vazão; Manômetros ligados em dois pontos distintos da tubulação para se medir a diferença de pressão entre estes dois pontos; Fluxímetro para medição de volume, vazão e temperatura. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Primeiro foi aberto o escoamento em cada uma das tubulações escolhidas individualmente. Após a abertura mediu-se a pressão de entrada e saída de cada tubulação e anotado os dados para a realização dos cálculos. Tubulação L (m) D (m) Q1 m³/s Q2 m³/s P1 (kgf/cm²) P2 (kgf/cm²) P1 (kgf/cm²) P2 (kgf/cm²) T1 (°C) T2 (°C) Entrada Saída Cobre 2 0,014 0,00056027 0,00050277 0,76 0,61 0,25 0,15 22 23,6 Aço 2 0,015 0,00061666 0,00055 0,41 0,2 0,18 0,15 23 23,4 PVC 2,11 0,017 0,00066944 0,0005611 0,37 0,23 0,25 0,15 23 24,2 CÁLCULOS Perda de carga experimental do trecho reto de tubulação TUBOS J1 (Perda de carga) Q1 (vazão volumétrica m³/s) J2 (Perda de carga) Q2 (vazão volumétrica m³/s) Cobre 5.1 0,00056027 4,6 0,00050277 Aço 5,88 0,00061666 0,5 0,000555 PVC 1,2 0,00066944 0,8 0,0005611 Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Darcy Weissbach; TUBOS J1 (Perda de carga) Q1 (vazão volumétrica m³/s) J2 (Perda de carga) Q2 (vazão volumétrica m³/s) Cobre 15,67 0,00056027 2,8x^-1 0,00050277 Aço 7,45x^-2 0,00061666 8,15x^-1 0,000555 PVC 11,7x^-4 0,00066944 21,4 0,0005611 Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Fair Whipple Hsiao; TUBOS J1 (Perda de carga) Q1 (vazão volumétrica m³/s) J2 (Perda de carga) Q2 (vazão volumétrica m³/s) Cobre 0,19 0,00056027 0,93 0,00050277 Aço 0,12 0,00061666 0,80 0,000555 PVC 0,61 0,00066944 0,45 0,0005611 Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Hazen Williams; TUBOS J1 (Perda de carga) Q1 (vazão volumétrica m³/s) J2 (Perda de carga) Q2 (vazão volumétrica m³/s) Cobre 12,1^-1 0,00056027 3,8x10^-3 0,00050277 Aço 9,2x10^-2 0,00061666 4,3x10^-2 0,000555 PVC 1,27x10^-1 0,00066944 2,78x10^-2 0,0005611 Perda de carga teórica do trecho reto usando a fórmula de Flamant; FLAMANT ENTRADA SAÍDA Gráficos de perda de carga em função da vazão por tubulação. TUBOS J1 (Perda de carga) Q1 (vazão volumétrica m³/s) J2 (Perda de carga) Q2 (vazão volumétrica m³/s) Cobre 1,07 0,00056027 0,88 0,00050277 Aço 0,91 0,00061666 0,63 0,000555 PVC 0,58 0,00066944 0,43 0,0005611 Perda de carga experimental para as peças / conexões monitoradas o ensaio; Parte 01 TUBO Pressão Inicial Pressão Final Vazão (m3/h) Temperatura Cobre 0,76 kgf/cm2 0,25kgf/cm22,017m3/h 22,08ºC Aço 0,41 kgf/cm2 0,18kgf/cm2 2,22m3/h 23ºC Pvc 0,37 kgf/cm3 0,25kgf/cm2 2,41m3/h 23,2ºC Parte 02 TUBO Pressão Inicial Pressão Final Vazão Temperatura Cobre 0,61kgf/cm2 0,15kgf/cm2 1,815m3/h 23,6ºC Aço 0,2kgf/cm2 0,15kgf/cm2 1,8m3/h 23,4ºC Pvc 0,23kgf/cm2 0,15kgf/cm2 2,020m3/h 23,2ºC CONVERSÕES Análise 01 TUBO Pressão Entrada Pe (N/m²) Pressão Final Ps (N/m²) Cobre 0,76 kgf/cm2 74530,54N/m2 0,25kgf/cm2 24516,62N/m2 Aço 0,41 kgf/cm2 40207,26N/m2 0,18kgf/cm2 17651,97N/m2 Pvc 0,37 kgf/cm3 36284,6N/m2 0,25kgf/cm2 24516,62N/m2 Análise 02 Tubo Pressão Entrada Pe (N/m²) Pressão Final Ps (N/m²) Cobre 0,61kgf/cm2 59820,56N/m2 0,15kgf/cm2 14709,97N/m2 Aço 0,2kgf/cm2 19613,3N/m2 0,15kgf/cm2 14709,97N/m2 Pvc 0,23kgf/cm2 22555,29N/m2 0,15kgf/cm2 14709,97N/m2 CÁLCULOS Análise 01 Cobre: ∆H = Pe/ʏ-Ps /ʏ =50,01392 Aço: ∆H= Pe/ʏ-Ps /ʏ= 22,55529 Pvc: ∆H = Pe/ʏ-Ps /ʏ = 11,76798 Análise 02 Cobre: ∆H = Pe/ʏ-Ps /ʏ = 45,11059 Aço: ∆H =Pe/ʏ-Ps /ʏ= 4,90333 Pvc: ∆H = Pe/ʏ-Ps /ʏ= 7,84532 Cobre Acessórios Tês 2K Registro de Esfera 1K União (Entrada e Saída) 2K União (Entrada e Saída) 4K Análise 01� V=Q/A=4*0,0005602=3,639581223m/s ∆h=(2*0,6+10+3*0,5+3*1). 3,6395812232/2.9,81= 10,59994181m/s Análise 02 V=Q/A=4*0,00050277/=3,266054316m/s ∆h=(2*0,6+10+3*0,5+3*1). 3,2660543162/2.9,81=8,535863378m/s� � Aço Acessórios Tês 2K Registro de Esfera 1K União (Entrada e Saída) 2K União (Entrada e Saída) 4K Análise 01� V=Q/A=4*0,00061666=3,489581767m/s ∆h=(2*0,6+10+3*0,5+3*1).V2/2.9,81= 2,792376847 m/s Análise 02 V=Q/A=4*0,00055/=3,112363332m/s ∆h=(2*0,6+10+3*0,5+3*1).V2/2.9,81= 2,490525194m/s � Pvc: Acessórios Tês 2K Registro de Esfera 1K União (Entrada e Saída) 2K Análise 01 V=Q/A=4*0,00061666=2,716802414m/s ∆h”=(2*0,6+1*10+1*0,5+1*1).V2/2.9,81= 1,758582602m/s Análise 02 V=Q/A=4*0,00066944/=2,949333844m/s ∆h”=( 2*0,6+1*10+1*0,5+1*1).V2/2.9,81= 1,909099889m/s� Perda de carga teórica para as perdas localizadas monitoradas no ensaio, usando os respectivos coeficientes de perda de carga. GRÁFICOS - Gráfico de perda de carga em função da vazão para o trecho reto de tubulação. - Gráfico de perda de carga em função da vazão para cada um dos tubos. A maioria dos resultados são próximos devidos aos valores de vazão serem parecidos. � CONCLUSÃO Através dos cálculos teóricos, aliados ao experimento feito em laboratório, foi possível perceber que existe erros nos métodos de obtenção de perda de carga. Uma vez que o erro humano é comum na leitura em experimentos feitos com a utilização de equipamentos analógicos. � REFERÊNCIAS NETTO, Azevedo; FERNANDEZ, Miguel; ARAUJO, Roberto. Manual de Hidráulica .8ª,ed.São Paulo: Edgar Blucher,1982. UNB. Apostila do Curso de Hidráulica Experimetal.2ª versão. Universidade Federal de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental Brasilia-DF,2007. �PAGE \* MERGEFORMAT�4�
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