Exp. 4 Perda de Carga Localizada no Registro de Gaveta Aberto

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA
ENGENHARIA CIVIL
EXPERIMENTO IV: Determinação da perda de carga localizada no registro de gaveta aberto.
Alunos:
Assinaturas:
Rodrigo Susumu Santana Iwamoto 
Nicolas Barcelos Rabelo Berchior
Leticia Vilela da Silva 
João Luiz Gomes Souza 
Brenda Silva Cardoso
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Goiânia, Março de 2018.
Introdução
Sempre quando um fluido se desloca ao longo de uma tubulação, encontra certa resistência ao atrito o qual está submetido pelo contato com as paredes internas dessa tubulação.
Além disso, ocorre também uma turbulência entre as moléculas do fluido em movimentação. Esses fatores promovem uma perda da energia dinâmica ao longo do curso de deslocamento do fluido. A esse fenômeno dá-se o nome Perda de Carga.
	A perda de carga é de suma importância em instalações hidráulicas. Por exemplo, quanto maior se apresentar a perda de carga em uma instalação, maior será a energia consumida pelo sistema. Para se estimar o consumo real de energia, o cálculo da perda de carga deve ter a maior precisão possível.
Além da perda de carga distribuída ao longo da tubulação, pode existir tambem a perda de carga localizada em determinados acessórios. O escoamento em uma tubulação pode exigir a passagem do fluido através de uma variedade de acessórios, curvas ou mudanças de área da seção tubular. Ao passar por estes dispositivos, perdas de carga adicionais, chamadas de perda de carga localizada, são encontradas. Essas perdas variam de acessorio para acessorio, e devido a complexidade do escoamento no interior destes, esta perda de carga adicional normalmente é determinada experimentalmente e, para a maioria dos componentes, são fornecidas na forma adimensional. 
No Registro de Gaveta aberto, a perda de carga se dá pela varição da seção interna do acessório em relação à seção do tubo, a turbulência gerada nessa alteração expontanea provoca uma perda de carga localizada e uma mudança no regime laminar do fluido. No registro não totalmente aberto, essa perda de carga é mais acentuada por causa da obstrução do fluxo de escoamento do fluido ocasionado pela redução da seção interna do acessório (obturador). A figura abaixo representa o esquema de um registro gaveta:
 
A expressão geral para calculo da perda de carga localizada é dada pela seguinte equação: 
sendo K o coeficiente de perda de caga localizada, que é determinado experimentalmente em laboratório para cada acessório específico. 
Objetivo
O experimento tem como objetivo a determinação experimental do Coeficiente de Perda de Carga Localizada (K) no Registro de Gaveta Aberto.
Materiais e Métodos 
materiais 
Utilizamos para realizar este experimento os seguintes materiais: 
Módulo Experimental de Hidráulica; 
Tubo Diafragma;
Tubulação lisa de 1 ½”;
Tubulação lisa de 1 ½” com registro de gaveta aberto;
Quadro de pressões - Manômetro tipo “U”.
Métodos
	A metodologia aplicada neste experimento consiste em duas etapas:
Determinamos a perda de carga distribuída e calculamos o fator de atrito no tubo de PVC liso sem o acessório, esquematizado na Figura 1.
Utilizando a mesma vazão (Q) do procedimento anterior, determinamos a perda de carga total no tubo de PVC liso com o acessório, esquematizado na Figura 2. Podendo assim determinar a perda de carga localizada no registro de gaveta aberto (Δhfr), fazendo a subtração da perda de carga do tubo sem o acessório (Δhf1) sobre a perda de carga do tubo com o acessório (Δhf2), conforme a equação abaixo:
Δhfr = Δhf2 - Δhf1 [m]
	Com a perda de carga localizada no registro de gaveta determinado, podemos obter o fator de perda de carga localizada (K) no acessório. 
Figura 1 - Perda de carga no tubo liso sem acessório
Figura 2 - Perda de carga no tubo liso com acessório
Resultados e discussões 
	Apresentamos a seguir o detalhamento dos cálculos realizados para a determinar a perda de carga localizada (K) no registro de gaveta aberto:
Vazão no Tubo Diafragma: 
Observando a diferença de nível (Δh1) no manômetro diferencial tipo “U” acoplado ao tubo diafragma, e utilizando a equação para a vazão no tubo (Equação 1), podemos determinar a vazão no sistema. De suma importância para calcular a velocidade do fluido e o coeficiente de atrito do tubo liso (f).
	(Equação 1)
	O manômetro diferencial acoplado ao tubo diafragma apresentou uma diferença de nível de Δh1 = 1,2 cm. Utilizando a equação 1 e os dados fornecidos na tabela abaixo para as condições específicas do experimento, obtemos a vazão Q = 2,50x10^-3 m³/s.
Tabela 1 – Determinação da Vazão no Tubo Diafragma.
	Δh1 (m)
	K
	m
	s (m²)
	g (m²/s)
	dHG
	0.012
	0,676
	0,45
	0,00478
	9,81
	13,6
Perda de Carga (Δhf): 
A perda de carga nos dois sistemas, no tubo liso sem o acessório (Figura 1) e no tubo liso com o acessório (Figura 2), foi determinada observando diferença de nível (ΔL1 e ΔL2) apresentados nos manômetros diferenciais acoplados aos sistemas e utilizando a seguinte equação para a perda de carga:
Δhf = (dHg – 1)Δh		sendo dHg= 13.6
O resultado é apresentado na tabela abaixo:
Tabela 2 - Perda de Carga nos sistemas
	Sistema
	ΔL (cm)
	Δhf (cm)
	Tubo liso sem acessório 
	2,9
	0,3654
	Tubo liso com acessório
	5,3
	0,6678
Fazendo a subtração da perda de carga do tubo sem o acessório (Δhf1) sobre a perda de carga do tubo com o acessório (Δhf2), obtemos a perda de carga no acessório (Δhfr) isoladamente:
Δhfr = Δhf2 – Δhf1
Δhfr = 0,6678 - 0,3654 = 0,3024 m
Velocidade do fluido:
	A velocidade do fluido no interior do conduto é obtida através da equação 2, e é necessária para determinar o fator de atrito do tubo de PVC liso de 1 ½”.
(Equação 2)
Com a vazão Q = 2.50x10^-3 m/s no tudo de 1 ½”(A =1.14 x10^-3 m²). Obtemos a velocidade V = 2,196 m/s.
Fator de atrito no tubo liso:
	O fator de atrito no tubo é determinado utilizando a equação de Darcy-Weisbach:
 (Equação 3)
Isolando o f, temos: 
A tabela abaixo apresenta os dados necessários para o calculo do fator de atrito do tubo liso nas condições específicas do experimento, obtemos f=0.025.
Tabela 3 - Dados para calculo do fator de atrito
	D (m)
	G (m/s²)
	L (m)
	V (m/s)
	hf1
	0.0381
	9.8
	2,25
	2.196
	0.3654
Comprimento equivalente ou virtual 
	Para efeito prático, a perda de carga localizada no registro de gaveta pode ser considerada como uma alteração no comprimento do conduto, onde a perda de carga (Δhfr) pode ser substituída por um comprimento (ΔL) acrescentado ao comprimento original, a perda de carga localizada no acessório e transferida em forma de perda de carga distribuída no conduto exatamente onde houve o acréscimo do comprimimento ΔL. Ou seja, surge uma perda de carga para este comprimento ΔL que é numericamente igual à perda de carga localizada no acessório. A vantagem desse procedimento e poder tratar toda a instalação como um único tubo de comprimento total L= l + ΔL. 
Este comprimento equivalente pode ser obtido através da equação de Darcy-Weisbach, subistituindo L por Lvirt:
 
(Equação 3)
isolando L(ΔL), temos: 
A tabela abaixo apresenta os dados necessários para o calculo do comprimento equivalente Lvirt nas condições específicas do experimento, obtemos Lvirt = 1.87 m.
Tabela 3 - Dados para calculo do comprimento equivalente ΔL
	D (m)
	G (m/s²)
	f
	V (m/s)
	hf
	0.0381
	9.8
	0.025
	2.196
	0.3024
Coeficiente de perda de carga localizada (K):
	Para determinar o coeficiente de perda de carga localizada(K) no registro de gaveta aberto, utilizamos a seguinte equação:
 
 (Equação 4)
Isolando o coeficiente de perda de carga (K), temos:A tabela abaixo apresenta os dados necessários para o calculo do Coeficiente de perda de carga localizada (K) para as condições específicas do experimento, obtemos k = 1.23 (adimensional).
Tabela 4 - Dados para calculo do Coeficiente de perda de carga localizada (K)
	G (m/s²)
	V (m/s)
	Hf local
	9.8
	2.196
	 0.3024
K é um coeficiente obtido experimentalmente para cada acessório específico, e depende da situação em que foi instalado no sistema, para o registro de gaveta temos os seguintes valores de K para cada situação:
Tabela 5 - Coeficiente de perda de carga para o registro gaveta 
	Registro de Gaveta
	K
	Totalmente aberto
	0.15
	¼ Fechado
	0.25
	½ Fechado
	2.1
	¾ Fechado
	17.0
Obtemos experimentalmente K= 1.23, podemos deduzir então que o acessório instalado apresentava a condição entre ¼ fechado e ½ fechado na realização do experimento.
Conclusão
O valor do Coeficiente de perda de carga localizada (K) encontrado k = 1.23, expressa que o acessório não estava totalmente aberto na realização do experimento, podemos deduzir então, comparando o resultado com dados presente na literatura, que o acessório foi instalado entre ¼ fechado e ½ fechado na realização do experimento.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10719: apresentação de relatórios técnico-científicos. Rio de Janeiro, 1989. 9 p.
PIMENTA, C.F. Curso de Hidráulica Geral. 3ª ed., São Paulo, 1977.
BRUNETTI, F. Mecânica dos Fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
Fox, R. W. e Mcdonald, A. T., Introdução à Mecânica dos Fluidos, 6ª ed, LTC, 2004.
Livi, C. P. Fundamentos de Fenômenos de Transporte: um texto para cursos básicos. LTC, 2004.
CREDER, H. Instalações Hidráulicas e Sanitárias. 6. ed. São Paulo: LTC, 2006.