Relatório 3 hidraulica Perda de carga na tubulação linear

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CAMPUS CABO FRIO
Giulio Serrano Mari
Gabriel Oliveira Braga
Gabriel Werbin
Bruno Carvalho
CABO FRIO, 2017
Giulio Serrano Mari - matrícula: 201502124831
Gabriel Oliveira Braga - matrícula: 201509620214
Gabriel Werbin - matrícula: 201602807515
Bruno Carvalho : 201502206749
Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Hidráulica, no Curso de Engenharia Civil, na Universidade Estacio de Sa.
Prof. Dr. Marcelo Silva
CABO FRIO, 2017
RESUMO 
Este trabalho foi realizado no Laboratório de Mecânica dos Fluidos e em sala de aula da instituição . Utilizou-se para essa prática o Painel hidráulico I - EQ879A. A finalidade deste relatório é apresentar o valor da perda de carga linear na tubulação aberta e fechada.
Palavras chaves: Painel hidráulico, HPD linear, Fator de atrito. 
SUMÁRIO 
1  INTRODUÇÃO...................................................................................... 5

2  DESENVOLVIMENTO......................................................................... 5

2.1 OBJETIVO GERAL............................................................................. 9
2.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..............................................................9
2.2  METODOLOGIA..................................................................................10
2.3  PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS............................................. 10
2.4  RESULTADOS...................................................................................... 12
3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES..................................................17
REFERÊNCIAS.............................................................................................18 
1 INTRODUÇÃO
O propósito deste relatório é calcular o valor da perda de carga na tubulação linear aberta e fechada. Durante o experimento foram retiradas 2 vazões, sendo uma com circuito aberto e uma com um circuito fechado no Painel Hidráulico I EQ879A e posteriormente efetuados cálculos para obter o valor da perda de carga na tubulação linear. Sendo assim possível calcular a perda nos circuitos aberto e fechado. 
2 DESENVOLVIMENTO
Sempre que um líquido escoa no interior de um tubo de um ponto para outro, haverá uma certa perda de energia denominada perda de pressão ou perda de carga. Esta perda de energia é devida ao atrito com as paredes do tubo e devida à viscosidade do líquido em escoamento.
As perdas em tubulações podem ser divididas em dois grupos: as perdas que ocorrem nos trechos lineares, ou perdas distribuídas, e as perdas localizadas em elementos individuais, também chamadas perdas singulares. As perdas do primeiro grupo constituem a maior parte do total, pois normalmente as tubulações de interesse possuem grande extensão, e por isso são também chamadas perdas principais (ing. major losses); as demais são, por sua vez, chamadas perdas secundárias (ing. minor losses).
O líquido ao escoar transforma (dissipa) parte de sua energia em calor. Essa energia não é mais recuperada na forma de energia cinética e/ou potencial e, por isso, denomina-se perda de carga. Trata-se de perda de energia devido ao atrito contra as paredes e à dissipação devido à viscosidade do líquido em escoamento. As perdas de carga lineares são aquelas devido ao fluxo em trechos retilíneos de tubulação, enquanto que as singulares, são devidas à trechos curvos, à peças e dispositivos especiais instalados na linha onde se está verificando ou calculando as perdas de carga, sendo assim denominadas como perdas de carga singulares.
Rugosidade absoluta
Os condutos apresentam asperezas (rugosidade) nas paredes internas que influem na perda de carga dos escoamentos
Fórmula Universal de Perda de Carga (Darcy-Weisbach)
Diversos estudos apontaram para a relação de proporcionalidade que a resistência ao escoamento em uma tubulação poderia possuir, concluindo-se que a mesma é:
Independente da pressão a que o líquido é submetido em um escoamento;
Diretamente proporcional ao comprimento L;
Inversamente proporcional a uma certa potência do diâmetro D;
Proporcional a uma certa potência da velocidade V; e
Relacionada à rugosidade da tubulação, se o escoamento for turbulento.
Assim, diversas formulações empíricas foram sugeridas baseadas nesta proporcionalidade, sendo que Henry e Weisbach por volta de 1845 fizeram um estudo avaliando as diferentes forças presentes em um elemento de fluido em escoamento sobre uma tubulação, principalmente relacionando a força de cisalhamento existente junto às paredes do conduto.
Estabeleceram então a formulação seguinte:
então chamada de Fórmula Universal da Perda de Carga, ou Fórmula de Darcy-Weisbach, onde:
L: comprimento da tubulação;
D: o diâmetro do conduto;
V: velocidade do escoamento;
g: aceleração local da gravidade; e
f: fator de perda de carga (ou fator de atrito).
O fator de perda de carga f, na época da proposição da fórmula, era tido como um valor constante e dependente então de características da tubulação. Com o tempo, porém, esta teoria demonstrou-se equivocada, descobrindo-se e propondo formulações específicas para o cálculo deste coeficiente.
Determinação do fator de perda de carga f
A fórmula universal da perda de carga apresentada acima se trata de uma equação dimensionalmente homogênea, sendo o fator de perda de carga f, um elemento numérico adimensional. Esta formulação, pela sua generalidade, pode ser utilizada para calcular as perdas de carga lineares nos condutos tanto em regime laminar, quanto em regime turbulento. A estrutura da fórmula continua válida nestes dois regimes, entretanto a determinação do fator de perda de carga f é que deverá ser modificada para considerar a diferença de comportamento do fluxo nestes dois regimes de escoamentos.
Experimentalmente, demonstra-se que este fator de perda de carga é dependente de variáveis como a velocidade média do escoamento (v), o diâmetro do tubo (D), a massa específica (ρ) e a viscosidade (μ) do fluido, bem como de características físicas relacionadas com a rugosidade das paredes internas do conduto (ε), tais como o tamanho, a forma e o arranjo espacial (distribuição) dessas rugosidades.
Escoamentos Laminares
Para escoamentos laminares em condutos, ou seja, para aqueles que apresentam Número de Reynolds Re<2300, tanto se verifica experimentalmente, quanto se demonstra analiticamente pela composição das forças atuantes e do comportamento deste tipo de fluxo; que o fator f irá depender exclusivamente da viscosidade dinâmica (μ) e da massa específica (ρ) do fluido, juntamente com a velocidade média do fluxo e com o diâmetro da tubulação.
Assim, para escoamentos laminares o fator de perda de carga f, assim pode ser determinado:
Escoamentos Turbulentos	
No caso de escoamento turbulento, não é possível determinar analiticamente a expressão para a variação de pressão; é preciso recorrer à experiência.
Essa equação é conhecida como equação de Darcy-Weisbach. Nf é chamado fator de atrito (neste caso, fator de atrito de Darcy); em geral, ele é uma função do diâmetro, da rugosidade e do Número de Reynolds do escoamento:
As fórmulas para escoamento laminar e turbulento, escritas na forma indicada, permitem dizer que o fator de atrito para escoamento laminar é igual a
O valor do fator de atrito para escoamento turbulento foram levantados por Lewis Ferry Moody e tabulados no que se chama Diagrama de Moody.
2.1 OBJETIVO GERAL
Calcular velocidade, Número de Reynolds, fator de Atrito e sua respectiva Perda de Carga(presença do joelho no circuito) para fluidos incompreensíveis com vazões distintas.
2.1.1 Objetivo específico 
O objetivo específico do ensaio do laboratório foi teoricamente a presença do joelho que representoua perda de carga do fluído e achar seus respectivos valores para fator de atrito, Número de Reynolds e velocidade, com o auxílio do “Diagrama de Moody para os fatores de atrito para escoamento em dutos de seção circular” e “Diagrama de Moody para a rugosidade relativa de dutos de seção circular”
2.2 METODOLOGIA
Foram utilizados o Painel Hidráulico “EQ 879A”, e um “Medidor de Vazão”, com intuito de atingir o objetivo que consiste em calcular a velocidade, Número de Reynolds, levando em consideração a rugosidade do tubo e sua respectiva perda de carga com a presença do joelho.
2.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS (PRÁTICA 1)
No procedimento experimental foi calculado a velocidade, Número de Reynolds, fator de atrito e a Perda de Carga Linear e perda nas conexões .
Foi dado um diâmetro de D = 12mm, para calcular a perda de carga. Mediu-se, com a bomba desligada, a pressão de cada tubo, obtendo as pressões P1 e P2; para o cálculo de diferença de pressão(Dp1). Ligando a bomba com o circuito aberto ( válvula A aberta), novamente anotou-se as pressões P1 e P2 para calcular sua variação de pressão(Dp2). Fechando a válvula A fez-se o mesmo para calcular sua variação de pressão (Dp3). Foi realizado a medição das tubulações do Painel Hidráulico “EQ 879A”, obtendo os comprimentos L1 e L2. Em seguida, calibramos o painel para vazões aleatórias. 
Após encontrar essas vazões, foi feito os cálculos para encontrar a velocidade e o Número de Reynolds; Encontrado o valor de Reynolds foi feito o cálculo para encontrar o fator de atrito. Com tal valor, foi feito o cálculo de hpd linear ( perda de carga ) e saber qual foi o valor encontrado da perda de carga nas conexões (Hc).
Os materiais utilizados: Painel Hidráulico > Régua > Água.
2.3.1 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS (PRÁTICA 2) 
Na Prática( 2) para cada tipo de circuito foi calculado a velocidade, Número de Reynolds, fator de atrito e a Perda de Carga Linear e a perda das conexões . Primeiramente com a bomba desligada anotou-se as pressões P1 e P2 e calculou-se sua variação de pressão (Dp1). Ao ligar a bomba, com o circuito todo aberto , foi anotada a vazão(Q1) e suas pressões (P1e P2) e calculada sua variação de pressão (Dp2) ; o mesmo foi feito com o circuito com ( válvula A aberta e a válvula B fechada) fez-se o cálculo da variação de pressão(Dp3) e anotou-se sua vazão ( Q2). O último circuito com ( válvula A fechada e válvula B aberta ) também se anotou as pressões e vazão (Q3) do circuito e calculou-se a variação de pressão(Dp4).
.
2.3.2 MATERIAIS UTILIZADOS 
Painel Hidráulico “EQ 879A”
Regua
Agua 
2.4 RESULTADOS (pratica 1)
Circuito aberto
Comprimento: L1 = 300+300 = 600 mm
L2 = 300 + 300 = 600 mm
Ltotal = 1200 mm
Vazão 1: 
Inicial: 0,6 L/min 
Final (real): 0,3 L/min
 ; ; ; ; 
HL = 2()
2()
HL = 2,08
Hc = ( Dp1 - Dp2 ) - HL 
(138mm - 20mm ) - 2,08mm 
Hc = 115,92mm
Circuito Fechado (válvula A fechada )
Comprimento: L1 = 300+300 = 600 mm
 Ltotal = 600 mm
Vazão 2: 
Inicial: 0,5 L/min 
Final (real): 0,5 L/min
 ; ; ; ; 
m
HL = (+ 
)(+0,857mm )HL = 1,89mm
Hc = ( Dp1 - Dp3 ) - HL ( 138mm - 0 mm ) - 1,89mm Hc = 136,11mm
2.4.1 RESULTADOS (pratica 2)
BOMBA DESLIGADA 
P1 = 20mm ; P2 = 40mm 
Dp1 = ( P2 - P1) (40-20)Dp1 = 20mm
BOMBA LIGADA (VÁLVULA A E B ABERTAS)
Comprimento: L1 = 300+300 = 600 mm
L2 = 300+300+300 = 900 mm
Ltotal = 1500 mm
P1 = 75mm ; P2 = 83mm ; 
Dp2 = ( P2 - P1) (83-75)Dp2 = 8mm
 
HL = 2 ()HL = 4,06mm
Hc = ( Dp1 - Dp2 ) - HL ( 20mm - 8mm ) - 4,06mm Hc = 7,94mm
BOMBA LIGADA (VÁLVULA A ABERTA , B FECHADA)
Comprimento: L1 = 300+300 = 600 mm
L2 = 300 = 300 mm
Ltotal = 900 mm
P1 = 74mm ; P2 = 85mm ; 
Dp3 = ( P2 - P1) (85-74)Dp3 = 11mm
 
Hc = ( Dp1 - Dp3 ) - ( 20mm - 11mm ) - 0,78mm Hc = 8,22mm
BOMBA LIGADA (VÁLVULA A FECHADA , B ABERTO)
Comprimento: L1 = 300+300 = 600 mm
L2 = 300 = 300 mm
Ltotal = 900 mm
P1 = 76mm ; P2 = 82mm ; 
Dp4 = ( P2 - P1) (82-76)Dp4 = 6mm
 
Hc = ( Dp1 - Dp4 ) - ( 20mm - 6mm ) - 0,78mm Hc = 13,22mm
3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Na engenharia trabalhamos com energia dos fluidos por unidade de peso, a qual denominamos “carga”;
Sabe-se que no escoamento de fluidos reais, parte de sua energia dissipa-se em forma de calor e nos turbilhões que se formam na corrente fluida;
Essa energia é dissipada para o fluido vencer a resistência causada pela sua viscosidade e a resistência provocada pelo contato do fluido com a parede interna do conduto, e também para vencer as resistências causadas por peças de adaptação ou conexões (curvas, válvulas, ....).
A perda de carga representa, basicamente, a energia mecânica convertida em energia térmica (pelo efeito do atrito) e, portanto, a perda de carga, em um escoamento completamente desenvolvido em tubulações que possuem área da seção constante, depende apenas e não mais do que os próprios detalhes do escoamento em questão. As características básicas que definiram o comportamento da perda de carga e da perda de pressão foram: número de Reynolds, fator de atrito e rugosidade. Com essa afirmação, conclui-se que o Diagrama de Moody é extremamente importante, pois reúne estas três características citadas acima e as correlaciona de tal maneira que é possível utilizá-lo de diversas formas e para vários estudos subsequentes.
Observando os dados obtidos, nota-se que em um dado escoamento laminar, o fator de atrito é uma função apenas de Reynolds, ou seja, não depende da rugosidade. À medida que o número de Reynolds aumenta, enquanto o escoamento permanece laminar, o fator de atrito decresce. Porém, na transição do regime laminar para o turbulento, o fator de atrito obtém um aumento brusco e repentino. Já no regime de fluxo turbulento, enquanto há aumento no número de Reynolds, o fator de atrito decresce outra vez, gradualmente, até nivelar-se em um valor constante.
Com relação ao gráfico gerado para a tubulação com superfície rugosa, o resultado não foi o esperado, pois a curva obtida não foi a ideal e ela formou-se uma concavidade oposta à que se procurava.
Outro fato que também deve ser destacado é que a perda de carga sempre aumenta de acordo com a vazão mássica, e quanto mais turbulento for o escoamento (Re>2300), com maior velocidade esta perda aumentará.
Finalmente, é válido ressaltar que, mesmo com todos os erros e discrepâncias geradas dentro dos procedimentos e materiais utilizados (tanto pela má calibração dos instrumentos de medida e do maquinário, quanto por um erro de paralaxe, por exemplo, na leitura dos manômetros), houve veracidade e coerência na confrontação entre a teoria e os resultados obtidos na prática realizada. Logo, conclui-se que o experimento foi completamente válido e satisfatório.
REFERÊNCIAS
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgUlwAL/relatorio-ii-perda-carga-localizada- 10 de abril de 2017 – 14:37
http://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5817712/LEQ%20I/PME2230.RL.Escoamento_Turbulento.Medidores_Vazao.site.pdf - 10 de abril de 2017 – 14:44
http://www.ctec.ufal.br/professor/mgn/AulaPratica03A05PerdaDeCarga.pdf - 10 de abril de 2017 – 14:55
http://wiki.urca.br/dcc/lib/exe/fetch.php?media=perda-de-carga-linear.pdf -10 de abril de 2017 – 14:33
https://pt.wikibooks.org/wiki/Mec%C3%A2nica_dos_fluidos/C%C3%A1lculo_da_perda_de_carga_em_tubula%C3%A7%C3%B5es#Perdas_nos_trechos_lineares - 10 de abril de 2017 – 15:33
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAUwcAK/perda-carga - 10 de abril de 2017 – 13:33