1o EXPERIMENTO

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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);
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.
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:
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.
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
(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
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
fmédio = 
	
Coloque as formulas utilizadas para os cálculos que preencheram a tabela 1 anteriormente.
	Vazão (Q)
	Velocidade (v)
 FICHA 2
Resistência hidráulica (f)
	Número de Reynolds (Re)
IMPORTANTE: Será computado 3,0 (três) pontos para avaliação NP1, pelo preenchimento correto dessa tabela e formulas utilizadas. As fichas deveram ser completadas, destacadas e entreguesao professor responsável pela aula pratica.