Ensaio de REynolds

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Universidade Federal de Itajubá - Unifei 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE PERDA DE CARGA LOCALIZADA 
 
Carolina Capuani – 2016014190 – ECI 
 
 
 
Relatório de perda de carga 
localizada referente ao terceiro 
laboratório realizado e ministrado 
pelo Professor Vladimir M. Cobas à 
respeito da disciplina “Fenômenos 
de Transportes II” 
 
 
 
 
 
 
 
ITAJUBÁ, 2017 
 
1 INTRODUÇÃO 
A perda de carga é um dado muito utilizado cotidianamente pois, a perda de energia 
durante o escoamento de um líquido consome mais energia do sistema e como este consumo 
deve ser otimizado, é necessário conhecê-lo. Nas obras de engenharia, o consumo de energia 
pode ser atrelado ao uso de bombas de líquido e instalações hidráulicas, onde além de se desejar 
consumir menos energia, às vezes é necessário provocar a perda de carga para que não haja 
problemas no encanamento onde este pode vir a romper ou estragar aparelhos. A estes 
problemas causados pela pressão demasiada em encanamentos dá-se o nome de Golpe de 
Aríete, onde basicamente a pressão da água é tão grande que ao encontrar uma curva no 
encanamento essa água bate e volta com força, estourando o cano e causando danos à 
construção. 
No âmbito da análise de perdas de cargas, esta normalmente ocorre por atritos causados 
na tubulação, mas também pode ocorrer por mudanças bruscas de área de seção transversal e 
de nível. 
 
1.2 OBJETIVO 
Determinar os coeficientes de perda de carga localizados, no escoamento através de 
diferentes conectores de tubo, incluindo curvaturas, uma contração e uma expansão. 
 
2 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 
Como os dutos de seção circular são os mais comuns nas aplicações de engenharia, a 
análise básica geralmente é feita para geometria circular. Os resultados podem ser estendidos a 
outras formas pela introdução do diâmetro hidráulico, etc. A perda de carga total é considerada 
como a soma das perdas distribuídas devidas aos efeitos de atrito no escoamento 
completamente desenvolvido em tubos de seção constante, com as perdas localizadas devidas 
a entradas, acessórios, mudanças de área etc. Consequentemente, consideramos as perdas 
distribuídas e localizadas em separado 
No caso de escoamentos reais, as preocupações principais são os efeitos do atrito. Estes 
efeitos provocam a queda da pressão, causando uma "perda", quando comparado com o caso 
ideal, sem atrito. Para simplificar a análise, a "perda" será dividida em: distribuídas (devidas ao 
atrito em porções de área constante do sistema) e localizadas (devidas ao atrito através de 
válvulas, cotovelos e outras porções do sistema de área não constante). 
É possível classificar as perdas de duas formas: Perdas de carga distribuídas ou 
Primárias e Perdas de carga localizadas ou Secundárias. A perda de carga total é considerada 
como a soma das perdas. 
A perda de carga distribuída se deve aos efeitos do atrito no escoamento completamente 
desenvolvido em tubos de seção constante. Já a perda de carga localizada se deve ao fato dos 
vários acessórios que uma tubulação deve conter como: válvulas, registros, luvas, curvas, etc. 
Como já mencionado anteriormente, o escoamento num sistema de tubos pode 
necessitar passar por uma diversidade de acessórios, curvas ou mudanças súbitas de área. 
Perdas de carga adicionais são encontradas, sobretudo, como resultado da separação do 
 
escoamento. A energia é eventualmente dissipada pela mistura violenta nas zonas separadas. 
Essas perdas serão menores e denominadas perdas localizadas se o sistema consistir em longos 
trechos de seção constante. 
Este tipo de perda de carga ocorre sempre que o escoamento do fluído sofre algum tipo 
de perturbação, causada, por exemplo, por modificações na seção do conduto ou em sua 
direção. Tais perturbações causam o aparecimento ou o aumento de turbulências, responsáveis 
pela dissipação adicional de energia. As perdas de carga nesses locais são chamadas de perdas 
de carga localizadas, ou perdas de carga acidentais, ou perdas de carga locais, ou ainda, perdas 
de carga singulares. Alguns autores denominam as mudanças de direção ou de seção de 
singularidades. 
Em suma, pode-se dizer que este tipo de perda é causado pelos acessórios de 
canalização, isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o 
controle do fluxo do escoamento, que provocam variação brusca da velocidade, em módulo ou 
direção, intensificando a perda de energia nos pontos onde estão localizadas. O escoamento 
sofre perturbações bruscas em pontos da instalação tais como em válvulas, curvas, reduções, 
expansões, emendas entre outros. 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
• Bancada Hidráulica; 
• Aparato de Perdas de Energia em Curvaturas e Conexões; 
• Cronômetro; 
• Termômetro de parede; 
 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
A válvula da bancada hidráulica foi aberta, conectada a bomba até que o tanque estivesse 
cheio com água. O ar foi purgado dos tubos com água até que não houvesse mais ar acima do 
nível da água ou bolhas entre o líquido que preenchia a tubagem do aparelho. 
Foram medidas as perdas de carga em todos os conectores de tubo para ajustar o fluxo 
de controle da bancada a partir da válvula e, dada uma taxa de fluxo mediu-se as alturas a partir 
dos manômetros conectados aos tubos após estabilizados os níveis. A medida da temperatura 
da água do fluxo de saída na menor taxa de fluxo foi feita para que, junto a tabela de viscosidade 
cinemática em pressão atmosférica possa determinar o número de Reynolds. 
 
4 RESULTADOS 
 São 5 segmentos sendo eles, uma expansão, uma contração, uma curva C, um cotovelo 
e uma mitra e, em cada seguimento foram realizadas 4 medições. Cada medição foi feita 
variando o volume da água. Anotou-se o valor da perda de carga medida na régua do próprio 
aparelho na bancada. 
 Em cada medição anotou-se o valor de h1 antes do segmento e o h2 depois do segmento 
a diferença entre o h1 e o h2 é a perda de carga localizada. No caso da contração e expansão 
 
como ocorre uma mudança de velocidade há mais uma componente a ser considerada. Na 
expansão o valor de h2 é maior que o de h1, causando assim uma perda de carga “negativa” 
que é corrigida Utilizando o v1 e v2. Para essas regiões calcula-se o 
𝑣1
2
2𝑔
−
𝑣2
2
2𝑔
 
 Esse novo termo corrige a perda de carga na expansão que era negativa, na contração 
esse novo termo é negativo e deve ser adicionado da mesma maneira a diferença de h1 e h2. 
 Para o cálculo de v1 nós usamos a razão entre o volume e a área interna do tubo de 
diâmetro de 0,0183m e para o cálculo de v2 usamos a equação da continuidade, mostrada a 
seguir, o diâmetro da expansão é de 0,0240m. 
𝐴1 𝑣1 = 𝐴2𝑣2 
 
O número de Reynolds foi calculado para cada volume, para o cálculo do número de 
Reynolds usou-se a v1, ou a maior velocidade no caso da contração, para o cálculo do número 
de Reynolds se utilizou a seguinte equação: 
𝑅𝑒 =
𝑣𝑑
𝘷
 
Onde v que está é a velocidade cinemática da água na pressão atmosférica e, para a 
temperatura de 20°C foi adotada a viscosidade cinemática 𝑣 de 1,002 x 10-6m2/s. 
Também foi calculado o coeficiente K, que é coeficiente de perda, ele é calculado 
seguindo a equação a seguir: 
𝐾 =
∆ℎ
𝑣2
2𝑔⁄
 
 
 Os resultados e valores obtidos durante o experimento e os calculados são mostrados na 
tabela 1 e tabela 2. 
 
CONEXÃO h1 (m) h2 (m) 
perda de 
carga (m) 
Perda de carga 
adicional 
V (m3) t (s) 
Mitra 0.1150 0.0440 0.071 0.0160 60 
 0.1150 0.0420 0.073 0.0145 60 
 0.1210 0.0850 0.036 0.0110 60 
 0.1200 0.0880 0.032 0.0105 60 
 0.1190 0.1010 0.018 0.0075 60 
cotovelo 0.2040 0.16000.044 0.0160 60 
 0.1980 0.1540 0.044 0.0145 60 
 0.1650 0.1410 0.024 0.0110 60 
 0.1600 0.1400 0.02 0.0105 60 
 0.1420 0.1310 0.011 0.0075 60 
curva c 0.2530 0.2250 0.028 0.0160 60 
 0.2470 0.2200 0.027 0.0145 60 
 0.1900 0.1770 0.013 0.0110 60 
 
 0.1830 0.1700 0.013 0.0105 60 
 0.1550 0.1470 0.008 0.0075 60 
contração 0.2850 0.2540 0.031 -1.62093 0.0160 60 
 0.2790 0.2470 0.032 -1.32471 0.0145 60 
 0.2080 0.1900 0.018 -0.76280 0.0110 60 
 0.1960 0.1850 0.011 -0.70043 0.0105 60 
 0.1600 0.1540 0.006 -0.35697 0.0075 60 
expansão 0.2720 0.2860 -0.014 0.02068 0.0160 60 
 0.2670 0.2820 -0.015 0.01348 0.0145 60 
 0.2000 0.2090 -0.009 0.00739 0.0110 60 
 0.1890 0.1950 -0.006 0.00894 0.0105 60 
 0.1580 0.1620 -0.004 0.00362 0.0075 60 
válvula gaveta 
leitura P 
(Bar) 
variação = conversão 
 2.0000 20.4 0.011 60 
 1.7000 17.34 0.01 60 
 1.2000 12.24 0.009 60 
 0.9000 9.18 0.008 60 
 Tabela 1 
 
CONEXÃO Qt (m³/s) v1 (m/s) v2 (m/s) v² / 2g Re K 
Mitra 0.000267 1.0139 0.05239 18516.55 1.355 
 0.000242 0.9188 0.04303 16780.62 1.697