Relatorio Bancada Hidráulica Perda de Carga

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Fenômenos de Transporte – Laboratório Bancada Hidráulica
Bancada Hidráulica – Perda de Carga em Tubulações
Alex Rodrigo Barros de Araujo mat: 0230300 
Bruna Zanella mat: 0228431
Felipe Keil de Abreu mat: 0198495
William Mayrer mat: 0221755
Fenômenos de Transporte, Andréa Timm.
22 de Novembro de 2016
1. Objetivo
	A bancada para experimentos de perda de carga em tubulações, permite a análise de escoamentos internos em condutos fechados/forçados. Essa experiência tem por objetivo obter resultados das perdas de carga distribuídas e localizadas.
2. Introdução Teórica
Perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa. 
De acordo com Roma (2006), o escoamento interno em tubulações sofre forte influencia das paredes, dissipando energia em razão do “atrito” viscoso das partículas fluídas. As partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da parede e passam a influir nas partículas vizinhas por meio da viscosidade e da turbulência, dissipando energia. Essa dissipação de energia provoca redução da pressão total do fluido ao longo do escoamento, denominada perda de carga. 
As perdas de cargas podem ter duas classificações: Perdas de Cargas Distribuídas () e Perdas de Cargas Localizadas ou Singulares ().
A perda de carga Distribuída () é aquela que ocorre com o atrito das próprias partículas do fluído entre si, fazendo assim, com que a pressão vá diminuindo gradativamente ao longo do comprimento do tubo.
A perda de carga Distribuída é determinada por formulação empírica, desenvolvida com base na análise dimensional. A perda de carga depende da tubulação, caracterizada pelo diâmetro , pelo comprimento e pela rugosidade da parede; do fluído, caracterizado por sua massa específica e pela viscosidade ; e finalmente, das condições do escoamento, caracterizadas pela velocidade (ROMA, 2006).
Portanto, para o calculo da perda de carga distribuída, utiliza-se a formula universal de perda de carga, também conhecida como equação de Darcy-Weisbach:
Que também pode ser escrita da seguinte forma:
	
Onde é o coeficiente de perda de carga definido em função do número de Reynolds e da rugosidade relativa. Para obter os valores de , utilizasse de duas equações diferentes, conforme o número de Reynolds encontrado para o fluído.
Para escoamentos com o numero de Reynolds menores de 2000, também chamado de escoamentos laminares, utilizasse a equação:
 											(2)
Já para escoamentos com o número de Reynolds maiores que 2400 escoamentos turbulentos, a equação utilizada é a seguinte: 
Outra forma de se obter o coeficiente de perda de carga ( é a partir do Diagrama de Moody (Figura 1), obtidos por Moody (1944).
Figura 1. 
Diagrama de 
Moody
A perda de Carga Localizada ou Singular () é aquela resultante dos acessórios da canalização, isto é, as diversas peças necessárias para a montagem de uma tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, as quais provocam variação brusca da velocidade, em módulo ou direção, intensificando a perda de energia nos pontos onde estão localizadas (ROMA, 2006). Podem ser em trechos que contenham válvulas, alargamentos, obstruções parciais, cotovelos, e entre outros. 
A perda de Carga Localizada pode ser obtida através de duas equações diferentes:
Onde é o coeficiente de perda cinética.
O é o comprimento equivalente de uma singularidade, ou seja, é o comprimento fictício de uma tubulação de secção constante de mesmo diâmetro eu produziria uma perda distribuída igual à perda singular da singularidade (BRUNETTI, 2008). Tanto o quanto o são valores já tabelados.
Por fim, a equação utilizada para o cálculo de perda de carga em uma tubulação completa é uma equação que parte da equação de Bernoulli, porém com algumas modificações. Sendo ela a seguinte:
3. Procedimento Experimental
	Os equipamentos e procedimentos para a realização do experimento são apresentados a seguir:
Materiais:
	Para a realização desta pratica experimental foi utilizada a Bancada Hidráulica apresentada na Figura 1.
Figura 
2
. Bancada Hidráulica
	
01 – Tubulação de diâmetros diferentes (PVC e Cobre);
02 – Conjunto de Pitot:
03 – Tubo de Venturi;
04 – Bomba de inox 1,0 CV;
05 – Reservatório de inox com capacidade de 440 litros;
06 – Painel de comando com botão de segurança;
07 – Reservatório de acrílico com capacidade para 54 litros;
08 – Conjunto de placa de orifício com 8,0 e 10 mm de diâmetro.
Procedimento Experimental
	Durante esta pratica experimental foram realizadas 5 experiências as estão descritas a seguir.
1ª Experiência: 
A primeira experiência, foi para determinar a perda de carga distribuída num tubo de cobre com 15mm de diâmetro. 
Inicialmente foram coletadas algumas medidas como o diâmetro da tubulação (D) e o comprimento do cano (L), em seguida com um termômetro foi medido a temperatura da água, e por aproximação determinou-se suas propriedades à pressão atmosférica padrão conforme Tabela 1. 
Tabela 1. 
Propriedades da água à pressão atmosférica padrão.
	Temperatura (°C)
	γ (N/m³)
	μ (N.s/m³) x 10^-3
	ν (m²/s) x 10^-6
	10
	9810
	1,307
	1,307
	20
	9790
	1,002
	1,004
	30
	9770
	0,798
	0,801
	40
	9750
	0,653
	0,658
As propriedades utilizadas foram para a água à temperatura de 20°C, esses valores foram utilizados em todos os cálculos onde foram necessários. Assim como, a vazão utilizada para os cálculos foi de 2000 litros/h. Após a determinação dos dados necessários foi calculado a velocidades de escoamento do fluido e, posteriormente o numero de Reynolds.
Consultando a tabela da Figura 3, foi encontrado o valor da rugosidade absoluta para o Cobre.
	
Figura 3. 
Tabela 
de Rugosidade Absoluta dos materiais.
Em seguida foi preenchida a Tabela 2 com todos os valores estabelecidos.
Tabela 
2
. 
Dados utilizados para a realização dos 
calculos
.
	Material 
	T (ºC)
	γ (N/m³)
	v(m²/s)
	D (m)
	L (m)
	Re
	ɛ (m)
	Cobre
	20
	9790
	1,00E-06
	0,015
	1,4
	46968,32
	1,50E-06
Com os dados obtidos e relacionados na Tabela 2, foi calculada a perda de carga distribuída para a tubulação de Cobre (Cálculos anexos ao relatório).
2ª Experiência: 
A Segunda experiência, foi para determinar a perda de carga distribuída num tubo de PVC com ¾” de diâmetro, utilizando a equação de conservação de energia (H1 = H2 + Hp1,2).
Com o auxilio de manômetros, foi calculado a diferença de pressão entre dois pontos do tubo de PVC já estabelecidos. Todas as informações obtidas foram preenchidas na Tabela 3.
Tabela 
3
. 
Dados utilizados para a realização dos cálculos.
	Material 
	γ (N/m³)
	D (m)
	P1(Kgf/cm²)
	P2(Kgf/cm²)
	PVC
	9790
	0,01905
	0,3
	0,2
Com os dados obtidos e relacionados na Tabela 3, foi calculada a perda de carga distribuída para a tubulação de PVC considerando a Equação de Bernoulli (Cálculos anexos ao relatório).
3ª Experiência: 
Na Terceira experiência, foi determinada a perda de carga localizada/singular num registro de metal do tipo gaveta ¾”, onde, inicialmente foi calculada a velocidade do fluido e posteriormente, o numero de Reynolds
Para a realização dos cálculos de perda de carga localizada, é necessário obter algumas informações adicionais, tais como; O coeficiente de perda, onde, cada componente possui seu próprio coeficiente como mostra a tabela da Figura 4, e o Comprimento equivalente como mostra a tabela da Figura 5.
Figura 4. 
Tabela 
de Coeficiente de Singularidade
Figura 5. 
Tabela 
de Comprimento Equivalente de Conexões
Tabela 
4
. 
Dados utilizados para a realização dos cálculos.Todas as informações obtidas foram preenchidas na Tabela 4.
	Trecho
	D (m)
	Leq (m)
	Ks
	V (m/s)
	Re
	Registro ¾”
	0,01905
	0,1
	0,2
	1,95
	36999,05
De posse dos dados obtidos e relacionados na Tabela 4, foi calculadaa perda de carga Localizada/Singular para o registro do tipo gaveta de ¾”. (Cálculos anexos ao relatório).
4ª Experiência: 
A quarta experiência, foi para determinar a perda de carga distribuída e perda de carga localizada em tubulações com diâmetros distintos com reduções de 1” para ¾” e ¾” para ½”, utilizando a equação de conservação de energia (H1 = H2 + Hp1,2).
Tabela 
5
. 
Dados utilizados para a realização dos cálculos.Com o auxilio de manômetros, foi calculado a diferença de pressão entre os pontos do tubo já estabelecidos. Todas as informações obtidas foram preenchidas na Tabela 5.
	Trechos
	D1 (m)
	D2 (m)
	p1(Kgf/cm²)
	p2(Kgf/cm²)
	V1 (m/s)
	V2 (m/s)
	1" para ¾”"
	0,0254
	0,01905
	0,25
	0,1
	1,095
	1,95
	 ¾” para ½”
	0,01905
	0,0127
	0,1
	0,05
	1,95
	4,38
Com os dados obtidos e relacionados na Tabela 5, foram calculadas a perda de carga distribuída e perda de carga localizada com reduções de 1” para ¾” e ¾” para ½”, considerando a Equação da perda de carga de Bernoulli (Cálculos anexos ao relatório).
5ª Experiência: 
O objetivo da quinta experiência, foi, assim como na quarta experiência, determinar a perda de carga distribuída e perda de carga localizada, porem, em uma tubulação de 1” com diferença de altura e com algumas conexões utilizando a equação de conservação de energia (H1 = H2 + Hp1,2).
Inicialmente foi coletada a medida do comprimento do cano (L) sem considerar as conexões, calculado a velocidades de escoamento do fluido e, posteriormente o numero de Reynolds.
Consultando a tabela da Figura 3, foi encontrado o valor da rugosidade absoluta para o PVC. Em seguida consultando a Figura 5, identificado o Comprimento equivalente das conexões.
Todas as informações obtidas foram preenchidas na Tabela 6 como segue.
Tabela 
6
. 
Dados utilizados para a realização dos cálculos.
	Trecho
	D (m)
	Lreal (m)
	Leq (m)
	Re
	V (m/s)
	 
	0,0254
	0,905
	10
	27702,2
	1,095
Com os dados obtidos e os relacionados na Tabela 6, foi calculada a perda de carga total (distribuída e localizada) da tubulação (Cálculos anexos ao relatório).
4. Conclusão
	Através do experimento realizado em laboratório, foi possível ter uma melhor dimensão da importância em determinar as perdas de cargas de um fluido em tubulações, pois através dos cálculos realizados obtemos os valores das perdas distribuídas e singulares, que são fatores fundamentais para determinar a potência de uma bomba hidráulica em qualquer projeto.
Comparando os resultados da literatura com os práticos, pode-se constatar que é possível verificar os efeitos de um acessório na perda de carga de um sistema, que atua diretamente em sua velocidade e pressão. Verificou-se também, que através da utilização de equações e para realizar os cálculos, pode-se utilizar o comprimento equivalente no lugar do fator de perda de carga do acessório, o que facilita os cálculos.
Analisando as Tabelas com os valores encontrados, pode-se concluir que os resultados do experimento realizado ficaram dentro do esperado. Isto demonstra que apesar de erros experimentais, é possível comprovar na prática laboratorial as teorias passadas em sala de aula.
O experimento mostrou-se muito importante, pois aproximou os estudantes a realidade, podendo assim na vida profissional, escolher e dimensionar de forma correta e eficiente os materiais mais adequados a uma de distribuição hidráulica residencial, por exemplo, minimizando assim, os possíveis erros comuns de projeto, que com o conhecimento adequado podem ser evitados.
5. Referências Bibliográficas
BRUNETTI, Franco. Mecânica dos Fluidos. 2ª edição revisada. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
ROMA, WOODROW NELSON LOPES. Fenômenos de transporte para engenharia. 2ª edição. São Carlos: RiMa, 2006.