Hidraulica 1° Experimento Perdas de carga

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LABORATORIO DE HIDRAULICA – CURSO ENGENHARIA CIVIL
AULAS DE LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
PERDA DE CARGA
PARTE CONCEITUAL:
O transporte de fluidos é feito através de condutos projetados para 
esta finalidade. Esses condutos podem ser abertos para a atmosfera, 
recebendo o nome de canais e destinados principalmente ao transporte de 
água, ou serem condutos fechados, em que a pressão é maior que a 
atmosfera, sendo assim denominados dutos sob pressão. 
Os escoamentos em dutos sob pressão são característicos nos 
escoamentos provocados por bombas hidráulicas.
O escoamento interno em tubulações sofre forte influência das 
paredes, dissipando energia devido ao atrito. 
As partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da 
parede, ou seja, velocidade nula, e passam a influir nas partículas vizinhas 
através da viscosidade e da turbulência, dissipando energia.
Essa dissipação de energia provoca um abaixamento da pressão total 
do fluido ao longo do escoamento que é denominado de PERDA DE 
CARGA.
A perda de carga pode ser distribuída ou localizada (também 
conhecida por singular), dependendo do motivo que a causa.
1o EXPERIMENTO - Perda de carga distribuída
Na perda de carga distribuída à parede dos dutos retilíneos causa 
uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, 
fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente ao longo do 
comprimento do duto. 
OBJETIVO EXPERIMENTAL
Com base no conceito de perda de carga distribuída deve-se realizar 
um procedimento experimental com o objetivo de:
• Traçar a curva Dh/k para o tubo de PVC liso (diâmetro 20,7mm);
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• Determinar o respectivo valor da rugosidade equivalente;
Procedimento experimental
Para a realização da experiência de perda de carga distribuída, foi 
utilizada uma linha de tubo de PVC rígido, localizada na parte superior da 
bancada. Uma das linhas é dotada de tubo liso, e a outra, de tubo ranhurado 
(rugoso) internamente, ambos com diâmetro interno de 20,7mm.
A figura 1 a seguir mostra a instalação experimental de perda de 
distribuída.
Figura 1 – Esquema de montagem da linha de perda distribuída para tubo 
liso.
As tomadas de pressão, distantes de 1,98m foram ligadas ao 
piezômetro, para a experiência com o tubo liso, sendo ligadas ao 
manômetro diferencial de mercúrio, conforme a figura 1 anterior.
O reservatório localizado na saída da tubulação tem uma seção 
transversal de (31,6 x 31,6) cm, que foi utilizada para determinação da 
vazão real de trabalho que passa pela tubulação.
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Cálculo das variáveis hidráulicas 
Para facilitar a alocação dos resultados experimentais, estes foram 
copilados na tabela 1 abaixo, sendo que as variáveis hidráulicas foram 
calculadas empiricamente, com base nos dados de tempo estimado para o 
experimento e visualização da perda de carga no medidor de perda. Note 
que durante o experimento a perda de carga distribuída permaneceu 
constante independente da variação do tempo de coleta da vazão 
volumétrica. Tal fato valida o experimento, uma vez que a carga de carga 
deve permanecer constante (independentemente da vazão). 
Essa permanência se deve pelo fato que as demais variáveis 
hidráulicas permaneceram as mesmas.
Tabela 1: Cálculo das variáveis hidráulicas.
H 
(cm)
hf
(m)
Δh 
(cm)
t (s) Q 
(m3/s)
v 
(m/s)
f Re
Para o preenchimento da tabela 1 marcou-se certa altura (H) 
característica do reservatório de acrílico de base quadrada (figura 1), e para 
essa respectiva altura se mediu o tempo (t) necessário de preenchimento de 
água. O valor hf refere-se ao valor da altura (H) da coluna d’água da caixa 
acrílica na unidade internacional (metros).
Com base nesses valores experimentais e na visualização da perda de 
carga (Δh) medida no equipamento (figura 1) calcularam-se os demais 
parâmetros da tabela 1: Q (vazão), v (velocidade), f (resistência da água) e 
Re (Reynolds).
Os parâmetros calculados foram obtidos pelas expressões numéricas 
abaixo:
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Q = (Áreabase reservatório . H)/tempo
Como, vazão pode ser expressa também por:
Q = v . Áreaduto  v = Q/Áreaduto  v = Q/(π.D2/4)  v = 4.Q/π.D2
Onde o duto (tubulação) sendo circular resulta na fórmula da área 
característica. Logo, esse valor de velocidade não mais se refere a área da 
caixa acrílica e sim a tubulação de PVC em que o fluido (água) moveu-se, 
ou seja no respectivo diâmetro D denominado Dtubulação para o cano.
O valor da resistência do duto (f) será obtido pela fórmula:
f = (hf . Dtubulação. 2. g)/(Ltotal . v2); 
Onde: Ltotal = comprimento total da tubulação;
 v = velocidade, e
 g = aceleração gravitacional.
Para o valor de Reynolds (Re) o cálculo será confeccionado pela 
expressão:
Re = (v . Dtubulação)/υ;
Onde: υ= viscosidade cinemática do fluido
Com base nas expressões acima, podemos desenvolver o cálculo para 
a primeira linha da tabela de modo a exemplificar visualmente como se 
procedeu ao preenchimento de todas as linhas.
Solução:
O valor da altura d’água da caixa foi estabelecido em H = 53,0 cm 
(valor arbitrário), ou seja, esperou-se chegar nessa determinada altura e 
anotou-se o tempo necessário para isso. 
Poderia ter sido escolhido outro valor distinto para altura inicial de 
coluna d’água. Nesse valor, a resistência do duto, hf, será o próprio valor 
convertido para a unidade em metros. A perda de carga (Δh) foi 
visualmente de 20,0 cm no equipamento previamente calibrado.
O tempo (t) que levou até a altura H de água foi de 27,0 s 
cronometrados. Com isso, os demais valores foram calculados da seguinte 
maneira.
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Vazão volumétrica: 
Q = (0,316 . 0,316 . 0,20)/27 = 0,74.10-3 m3/s
Velocidade:
v = 4 . 0,74.10-3/π . 0,02072 = 2,20 m/s
O cálculo da resistência (f) será para primeira linha de:
f = (0,53 . 0,0207 . 2 . 10)/1,98 . 2,202 = 0,0229
O índice de Reynolds (Re) será de:
Re = (2,20 . 0,0207)/1,0 . 10-6) = 4,55 . 104
Ao se completar as demais linhas teremos os respectivos valores 
abaixo.
Tabela 1: Cálculo das variáveis hidráulicas (preenchida).
H 
(cm)
hf
(m)
Δh 
(cm)
t (s) Q 
(m3/s)
v 
(m/s)
f Re
53,0 0,53 20 27 0,74. 10-3 2,20 0,0229 4,55. 104
44,0 0,44 20 30 0,67. 10-3 2,00 0,0230 4,14. 104
37,0 0,37 20 33 0,60. 10-3 1,78 0,0244 3,68. 104
29,0 0,29 20 39 0,51. 10-3 1,51 0,0266 3,13. 104
17,5 0,175 20 53 0,38. 10-3 1,13 0,0287 2,34. 104
fmédio = 0,0251
Com base nos resultados obtidos pela tabela 1, podemos traçar o 
gráfico de f = f(Re), onde se tem uma caracterização dos componentes 
hidráulicos para as condições experimentais (figura 2).
Figura 2 – Gráfico de Reynolds em função da resistência hidráulica.
1o EXPERIMENTO - Perda de carga distribuída
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(a ser entregue)
 FICHA 1
Nome: R.A.:
Com base no que foi comentado em aula e nas observações 
levantadas anteriormente nesse capitulo, preencha a tabela a seguir com os 
valores correspondentes a aula experimental, os demais parâmetros 
faltantes, de modo a melhor fixação do conceito levantado anteriormente.
Tabela 1: Cálculo das variáveis hidráulicas.
H 
(cm)
hf
(m)
Δh 
(cm)
t 
(s)
Q 
(m3/s)
v 
(m/s)
f Re
53,0 20 27
44,0
20 30
37,0
20 33
29,0
20 39
17,5 20 53
fmédio = 
Coloque as formulas utilizadas para os cálculos que preencheram a 
tabela 1 anteriormente.Vazão (Q)
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Velocidade (v)
 FICHA 2
Resistência hidráulica (f)
Número de Reynolds (Re)
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IMPORTANTE: Será computado 1,0 (um) ponto para 
avaliação NP1, pelo preenchimento correto dessa 
tabela e formulas utilizadas. As fichas 1 e 2 deveram 
ser completadas, destacadas e entregues ao professor 
responsável pela aula pratica.