Relatório 1 Experimento de Reynolds

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RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I	FOLHA	1 de 16
TÍTULOExperimento de Reynolds e Peneiramento UNIDADE	Instituto de Química	
DEPART.Operações e Processos Industriais
DISCIPLINA	LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
 (
Marco
 
Gaya
12/10/2020
)PROFESSOR	ENTREGA	NOTA
 Experimento de Reynolds e Peneiramento
ALUNOS:
Lariane da Costa Guerra
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TÍTULO	Fator De Atrito Em Tubos De Seção Circular
DISCIPLINA	LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
PROFESSOR	Marco Gaya	GRUPO	2
Sumário
Introdução	4
Objetivo	8
Metodologia	8
Descrição do equipamento	8
Descrição do experimento	9
Resultados e Discussões	10
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TÍTULO	Fator De Atrito Em Tubos De Seção Circular
DISCIPLINA	LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
PROFESSOR	Marco Gaya	GRUPO	2
Índice de Tabelas
Tabela 1: Resultados experimentais	10
Tabela 2: Valores do Fator de atrito e de Reynolds	12
Índice de Gráficos
Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada.
Índice de Figuras
Figura 1: Esquema do manômetro em tubo U	5
Figura 2: Diagrama de Moody	7
Figura 3: Sistema experimental utilizado	8
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1. Introdução
Quando há escoamento de fluido em uma tubulação, há uma transferência de momento do fluido para a superfície interna do tubo. Essa transferência de momento provoca uma queda de pressão do sistema, devido à perda de energia atrelada ao atrito do fluido com as paredes do tubo e sua viscosidade de escoamento. A essa perda de energia confere-se o termo perda de carga, que será uma informação muito importante para que o projetista consiga prever os custos energéticos do sistema e, consequentemente, dimensionar as bombas e/ou compressores necessários apropriadamente. Na presente prática, a equação que descreve o escoamento de um fluido incompressível, isotérmico, viscoso e que ocorre em regime permanente é a equação de Bernoulli modificada (Eq. 1).
                	(1)
				
Onde  é a velocidade média de escoamento da água no tubo,  a aceleração da gravidade
(9,8 m/s²),
 a altura do líquido relativa a um referencial,
 a pressão do fluido,
 a massa
específica,
 a potência da bomba,
 a vazão mássica do fluido e
 a perda de carga pelo
escoamento do fluido.
Em uma situação real, uma instalação hidráulica possui dois tipos de perdas de carga:
· Perda de carga distribuída (hL): relacionada ao atrito devido a imperfeições na parede do tubo.
· Perda de carga localizada (hLm): relacionada ao atrito devido a passagem do fluido por uma variedade de acessórios, curvas ou mudanças súbitas de área.
A perda de carga total do sistema (h) é dada pela soma das duas perdas de carga citadas acima. Na maioria dos acidentes, a contribuição devida ao atrito é menor que as outras contribuições para a perda de carga. Para esses cálculos, existem várias correlações desenvolvidas por alguns pesquisadores para o cálculo de perda de carga. Porém, no experimento desenvolvido, apenas a perda de carga distribuída se faz presente, uma vez que os trechos de tubulação que serão analisados não apresentam acidentes. Assim, utiliza-se o conceito do fator de atrito de Darcy no cálculo da queda de energia do sistema (Eq. 2).
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      
(2)
 
Onde:  é a distância percorrida pelo fluído, que é equivalente à distância entre os pontos de tomada de pressão.
Ao longo desta prática foram utilizados alguns instrumentos para tomadas de medidas. Para medida de pressões, faz-se o uso de manômetros, cuja utilidade é medir a diferença de pressão entre dois pontos, através da medição da diferença de elevação entre ele s. O instrumento utilizado no experimento realizado foi o manômetro de coluna líquida em forma de U, que está representado pela Error! Reference source not found..
Figura 1: Esquema do manômetro em tubo U
A diferença de pressão obtida será imprescindível para obtenção da perda de carga do sistema e, consequentemente a determinação do fator de atrito, objeto de estudo.
Conforme mencionado acima, o fator de atrito se relaciona diretamente à perda de carga através da equação de Darcy. Já o cálculo da perda de carga do tipo distribuída em um escoamento turbulento, que é o principal fator contribuinte na queda de pressão no sistema estudado, é baseado em uma análise dimensional. As perdas de carga do tipo localizadas, de menor importância no cálculo da perda de carga total no trecho, relacionam-se com as válvulas e acidentes presentes no trecho em análise e também com mudanças de diâmetro da tubulação neste mesmo trecho.
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No entanto, é também possível estimar-se o fator de atrito através de correlações por meio de dados reais do sistema em estudo, e assim também estimar a perda de carga que o sistema apresentará.
· Adimensionais, fator de atrito e o Diagrama de Moody
Através de experimentos feitos por autores verificam-se que a queda de pressão observada nos manômetros, quando o sistema se encontra em escoamento turbulento plenamente desenvolvido, ocorrendo em um trecho de tubo reto e diâ metro constante, é função de outros seis parâmetros: ΔP
= ΔP (D, L, ϵ, v, ρ, µ), onde D é o diâmetro do tubo, L é o comprimento do trecho considerado, ϵ é a rugosidade equivalente da superfície interna do tubo, v é a velocidade média do escoamento, ρ é a massa específica do fluido que escoa e µ é a viscosidade dinâmica do fluido. Aplicando técnicas de análise dimensional e com uso da equação de balanço de energia para o sistema (Eq. 1) chega-se à seguinte relação:
     	(3)
 (

) (

)

A função Ø1 (Re, ϵ/D) é definida como fator de atrito, f, e seu valor pode ser obtido em sistemas viscosos experimentalmente ou por correlações empíricas utilizando-se, por exemplo, o Diagrama de Moody, o método mais utilizado para essa questão. O Diagrama de Moody é apresentado na figura 2.
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Figura 2: Diagrama de Moody
O Diagrama de Moddy é uma carta, ou ábaco, de correlação que varia de acordo com a faixa do número de Reynolds do sistema, a abscissa do diagrama. Para dado número de Reynolds, busca- se a relação ϵ/D na ordenada à direita e então se encontra o fator de atrito que se lê na curva cheia do gráfico e com valor referente à ordenada à esquerda. A rugosidade relativa dependerá do material do duto onde está ocorrendo o escoamento em análise, além disso, para um tubo já em uso a rugosidade será distinta daquela para um tubo novo e limpo que é a apresentada na tabela presente na Figura 2.
Nesta carta de correlação observa-se que em escoamento laminar (2000 ≥ Re) a relação do fator de atrito com o número de Reynolds é linear e o fator de atrito diminui com a velocidade. Com um aumento ainda maior da velocidade entra-se na região de transição (2000 < Re < 4000) do regime laminar para o turbulento e o fator de atrito se eleva e observa-se a influência da rugosidade relativa do tubo. Em números de Reynolds bastante elevados, observa-se que a influência no fator de atrito se deve à relação ϵ/D e não ao número de Reynolds como era anteriormente.
Além do uso do Diagrama de Moody, outras correlações podem ser utilizadas que são as equações empíricas como a de Swamee-Jain,Churchill e também Haaland.
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Assim, por uma análise de alguns parâmetros do escoamento e de dados referentes ao duto, como seu diâmetro e material, pode-se facilmente estimar o fator de atrito do duto e consequentemente estimar a perda de carga que ocorrerá no escoamento de um dado fluido num trecho qualquer do sistema.
2. Objetivo
O objetivo da prática é calcular o fator de atrito comparando os resultados obtidos e com os resultados disponíveis em literatura, e mostrar a influência da variação de vazão escoando em dutos com diâmetros e comprimentos diferentes.
3. Metodologia
Descrição do equipamento
Figura 3: Sistema experimental utilizado
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· Reservatório (caixa d’água) de 100 litros;
· Bomba centrífuga de (1/3 HP);
· Dois tubos de latão de seção circular (Tubo "A" - φ=6,3 mm e Tubo "B" - φ=7,8 mm);0,
· Manômetro diferencial tipo tubo em "U" de vidro com fluido manométrico de H:
· 2 Válvulas do tipo gaveta (VSistema e VReciclo);
· 15 Válvulas do tipo esfera (Aberto-Fechada);
· Proveta de 2000 mL;
· Cronômetro.-
Descrição do experime nto
Inicialmente abriram-se totalmente as válvulas do tipo gaveta do sistema e de reciclo. Em seguida, a fim de equalizar o manômetro, abriu-se a válvula V1 fechando-a logo a seguir. O equipamento foi ligado e escolhido o tubo A de forma a proceder as medidas experimentais, mantendo a válvula Vtubo A aberta e a Vtubo B, VB1, VB2, VB3 e reciclo fechadas. Após a vazão mássica de água foi medida, e deixadas abertas as válvulas VA1 e VA3 e fechada a VA2, abrindo em seguida VA2 e VA3 e fechando VA1. Sempre anotando a diferença de altura dos níveis do manômetro de mercúrio. Entre os pontos 1 até 3 e 2 até 3.
O mesmo procedimento foi feito para o tubo B, porém abrindo VTuboB e mantendo fechadas as válvulas VTuboA, VA1, VA2 e VA3.
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4. Resultados e Discussões
Dados dos tubos
DA: 0,63 cm
DB: 0, 78 cm
L1-3: 91,5 cm
L2-3: 61 cm
Área da seção A – 0,311 cm2 Área da seção B – 0,477 cm2
Tabela 1: Resultados experimentais
 (
sistema
água (ml)
Fechada
Aberta
1100
7,06
0,32
0,21
1/4 Aberta
Aberta
1120
7,65
0,25
0,17
2/4 Aberta
Aberta
1110
9,47
0,19
0,13
3/4 Aberta
Aberta
1120
12,25
0,12
0,08
Totalmente Aberta
Aberta
1260
Tubo B
15,06
0,1
0,07
)Válvula de reciclo	Válvula do
Tubo A Volume
Tempo (s)	1-3(m)	2-3(m)
 (
sistema
(ml)
Fechada
Aberta
1130
4,6
0,18
0,15
1/4 Aberta
Aberta
1140
6,06
0,13
0,09
2/4 Aberta
Aberta
1110
7,53
0,09
0,065
3/4 Aberta
Aberta
1120
8,03
0,075
0,06
Totalmente Aberta
Aberta
1160
8,28
0,06
0,045
)Válvula de reciclo	Válvula do
Volume água
Tempo (s)	1-3(m)	2-3(m)
Foi calculado a partir dos dados da tabela 1 o número de Reynolds em cada um dos tubos nas diferentes vazões.
 (



)

(4)