Relatório - Vazão Constante - Bomba

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ – UNESA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Prática 2: COMPARAÇÃO ENTRE O ΔPcalc x ΔPexp PARA UMA VAZÃO CONSTANTE
Docente: Rafael 
Aluno/Matrícula:
Edimila A. F. Pereira – 201402386569
Igor L. Arantes – 201201241812
Lorraine Martins Moco – 201403024936
Pedro Ivo Rocha da Silva – 201307297838
Tarcísio H. Delatorre - 201707168105
MACAÉ/ Setembro
2018
INTRODUÇÃO
A vazão é a terceira grandeza mais medida nos processos industriais. As aplicações são muitas, indo desde aplicações simples como a medição de vazão de água em estações de tratamento e residências, até medição de gases industriais e combustíveis, passando por medições mais complexas. Pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que escoa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.
Posteriormente, é necessário ser realizada uma análise sobre o comportamento da viscosidade do fluido utilizado no experimento, que no caso em estudo foi a água. 
A viscosidade nos líquidos cresce com o aumento da temperatura e com o aumento da mesma há o aumento da energia cinética de escoamento do fluido. Essa energia de escoamento (velocidade de escoamento) é gerada através de um ΔP de pressão gerado no tubo através uma bomba instalada na linha de processo. Quando a bomba gera o ΔP na linha a velocidade de escoamento do fluido aumento até chegar a uma velocidade terminal constante que é proporcional a força aplicada. Por uma questão de curiosidade podemos dizer que se esta força for duplicada a velocidade terminal também será duplicada.  Pensando que o líquido entre as placas se separa em lâminas paralelas, o efeito da força aplicada é o de produzir diferenças de velocidade entre lâminas adjacentes. A lâmina adjacente à placa móvel se move junto com ela e a lâmina adjacente à placa imóvel permanece também imóvel. O atrito entre lâminas adjacentes causa dissipação de energia mecânica e é o que causa a viscosidade no líquido. 
Podemos calcular a viscosidade de escoamento do fluido através da seguinte formula: F=α Αv / L, definindo o chamado coeficiente de viscosidade do fluido, que varia de acordo com o fluido e a temperatura. 
Ao analisarmos o formato geométrico de uma tubulação, observaremos o formato de uma esfera, que precisa ser vencida pelo escoamento. Para calcular este efeito levaremos em consideração duas leis importantes, A Lei de Stokes e cálculo do número de Reynolds.
Lei de Stokes: O movimento de um corpo em um meio viscoso é influenciado pela ação de uma força viscosa, Fv, proporcional à velocidade, v, conhecida como lei de Stokes. No caso de esferas em velocidades baixas, Fv = 6πηrv, onde r o raio da esfera e η o coeficiente de viscosidade do meio. Se uma esfera de densidade maior que a de um líquido for solta na superfície do mesmo, no instante inicial a velocidade é zero, mas a força resultante acelera a esfera de forma que sua velocidade vai aumentando. Pode-se verificar que a velocidade aumenta não-uniformemente com o tempo e atinge um valor limite, que ocorre quando a força resultante for nula. As três forças que atuam sobre a esfera estão representadas na Fig. 1 e são, além da força viscosa, o peso da esfera, P, e o empuxo, E. Igualando a resultante dessas três forças a zero, obtém-se a velocidade limite, vL: vL = (2/9) [(ρ - ρ’)/η] g r2 (1) onde ρ e ρ’ são as densidades da esfera e do meio, respectivamente, e g é a aceleração da gravidade. Forças que atuam numa esfera num meio viscoso. 
Número de Reynolds: é um número adimensional usado em mecânica dos fluidos para o cálculo do regime de escoamento (regime que pode ser: Laminar ou Turbulento) de um determinado fluido, podendo ser esse escoamento: dentro de uma tubulação ou sobre uma superfície. O número de Reynolds é geralmente usado em projetos de tubulações industriais. Abaixo segue uma tabela mostrando em que valores eu determino a característica do meu regime de escoamento e como se calcula o número de Reynolds. 
Como calcular:
Determinação do regime através da tabela:
OBJETIVOS
Relacionar os valores de variação de Pressão (ΔP) calculado, com o ΔP experimental (representado no manômetro), utilizando quatro amostras de água, para desenvolver os calculos e posteriormente verificar se os valores do ΔP experimental estão próximos com o valor do ΔP calculado.
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
Béquer – 2L;
Proveta graduada
Bomba;
Reservatório de água;
3.2 Metodologia
Para que fosse possível estipular a variação de pressão Experimental, utilizou-se um manômetro (medição na escala interna de cor vermelha, em psi), que regulávamos variando uma válvula de vazão. Foram analisados e medido nos manômetros a pressão incial e a pressão final. Para encontrar o valor calculado, anteriormente, foi nescessário o cálculo de Vazão e manualmente a elaboração dos devidos calculos (descritos abaixo - Item 4.1). 
Visando calcular a vazão, utilizou-se um Béquer para coletar o fluido, que posteriormente foi transferido para a proveta graduada, com a finalidade de observar o volume de forma mais precisa. O recipiente coletor foi posicionado no duto de saída do sistema e então cronometramos o tempo de coleta, alcançando dessa forma a relaçao tempo e volume, sendo possível calcular a vazão e encontrar a pressão. 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
 CÁLCULOS 
Dados iniciais: ρH2O= 1000 kg/h; 
4.1.1 Cálculo da vazão:
	Tempo (s)
	Volume (l)
	Vazão (l/s)
	Vazão (m³/s)
	0,66
	0,95
	1,439
	0,001439
	0,50
	0,71
	1,42
	0,00142
	0,55
	0,79
	1,436
	0,001436
	0,66
	0,95
	1,439
	0,001439
Qmédio= 0,001433m³/s 
 4.1.2 Área da secção de escoamento:
A=II.D2/4
A= 3,14. (0,051)2 / 4 = 2,04.10-³ m²
Diâmetro interno da tubulação:
D= diâmetro externo – (2x espessura da tubulação)
D= ¾’’ – (2x 12mm) Norma: NBR5688/99
D= 75mm –( 2x 12mm) = 51mm = 0,051m
 4.1.3 Velocidade de escoamento do fluido:
V= Q/A
V= 0,001433 / 2,04.10-³ = 0,702m/s
 4.1.3 - Número de Reynolds(Re)
Re= ρ.v.Di / µ
Re= 1000. 0,792. 0,051 /1.10-³
Re= 40392
 4.1.4 – Fator de atrito:
F= E/Di 
F= 0,015 / 0,051 
F= 0,29
 4.1.5 – Cálculo de resistência:
KT= Somatório KTi 
Kti= Ft x Rt
Kti= 0,075. (30x7 + 16x0 + 360x1)
Cálculo da área
Cálculo da velocidade
Cálculo do número de Reynolds
Valor do Fator de atrito f
Calculo de Kt
Calculo da perda de carga
Calculo do ∆p
CONCLUSÃO
ANEXOS
6.1 TABELAS DE REFERÊNCIA
Tab 1 – Tubos de PVC / Diâmetro externo 
	
Figura 1 – Diagrama de Moody/ Fator de atrito indicado em Vermelho
	
Figura 2 – Valor referente a K da válvula globo 
Tab 2 – Coeficiente de Resistência (K)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.escoladavida.eng.br/hidraulica_I/bitolas_pvc.pdf - Tabela 1 - Acesso em: 06/09/2018
https://www.researchgate.net/figure/Figura-4-Diagrama-de-Moody-com-valores-aproximados-para-o-fator-de-atrito-considerando-a_fig2_321510018 - Figura 1- Acesso em: 06/09/2018
http://www.waterlinefountains.com/wp-content/uploads/2017/09/Crane-410.pdf - Tabela 2 - Acesso em: 06/09/2018