Paulo Vitor Cardozo - [Prática 04] Perdas de carga distribuídas em condutos forçados

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
DEPART. DE ENGENHARIA CIVIL 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
LAB. HIDRÁULICA I 
 
 
 
 
 
 
 
 
PERDAS DE CARGA DISTRIBUÍDA EM CONDUTOS FORÇADOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNOS: 
 
GIOVANNA BRAGATO COLI 
HARON CESAR TAVARES 
PAULO VITOR CARDOZO 
 
 RA: 
 
107059 
107271 
109525 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARINGÁ, 2020. 
1. INTRODUÇÃO 
 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Conduto forçado é quando um fluido escoa em sob uma pressão que não 
seja a atmosférica, onde a canalização é fechada e completamente cheia, um 
exemplo de conduto forçado são os canos que distribuem a água para uma cidade. 
Quando o fluido escoa por essas tubulações é submetido a perdas de carga 
distribuídas (ao longo da tubulação) e localizadas (a partir de singularidades). 
A perda de carga é composta pela soma da perda de carga distribuída HΔ 
( ) e as perdas localizadashd 
( ). Quando aplicamos ahΣ L 
equação da energia entre 
os pontos 1 e 2 e 
simplificamos para 
escoamento permanente 
uniforme (EPU) com 
tubulação horizontal e sem 
singularidades: 
hD1,2 = γH20
p −p1 2 
Usando onde: – Perda de carga distribuída entre hD.12 = γH O2
δm (γ −γ )t hg H O2 hD 
os pontos 1 e 2 [metros]; – Diferença manométrica [metros]; ​– Peso δmt γhg 
específico do mercúrio [N/m3];​ – Peso específico da água [N/m3].γH 02 
Usando o teorema de Buckingham chegamos na equação de perda de carga 
distribuída , O fator de atrito f é calculado .L .( )hD = j = f L.V
2
D.2.g ⇒ .LhD =
8.f .Q2
π .g.D2 5
 
através da equação de Swamee Jain. 
A vazão pelo medidor diafragma é obtida por: 
 e a velocidade é medida por:​ .A QD = CD D√ γ .(1−β )H O2 2
2gδm (γ −γ )t hg H O2 V diaf = AT
QD 
Onde: – Vazão obtida pelo medidor diafragma [m3/s]; – Área do tubo QD AT 
[m2 ]; – Área da obstrução [m2]; – Relação entre as áreas maior e menor A0 β AT 
( ) [−]; – Coeficiente de descarga do diafragma [−] – Diferença A0 /A A0 T CD δmQ 
manométrica [m]; – Peso específico da água [N/m3 ]; – Peso específico γH O2 γhg 
do mercúrio [N/m3 ]; – Velocidade média obtida pelo diafragma [m/s].V diaf 
 
1.2 OBJETIVO 
Compreender como podemos quantificar as perdas de carga em um 
escoamento forçado de forma distribuída (perda de carga distribuídas), fazendo uma 
comparação entre uma tubulação lisa e outra rugosa sem registrado. 
 
1.3 JUSTIFICATIVA 
Devido a rugosidade das tubulações, as perdas de carga distribuídas podem 
alterar (e muito) a altura de coluna de fluído na saída de uma tubulação. Saber o 
que é e como funciona a perda de carga distribuída é fundamental. 
 
2. MATERIAL E MÉTODOS 
1) Termômetro; 
2) Tubulação lisa com registro; 
3) Tubulação rugosa; 
4) Tubulação lisa sem registro; 
5) Manômetro; 
6) Dispositivo Diafragma 
Foi aferido a leitura da temperatura do fluido, sem que o termômetro fosse 
retirado da água. Assim como nas práticas anteriores, realizou-se a verificação dos 
registros para que eles estivessem fechados (jusante a bomba, o que descarrega 
água ao canal, das tubulações em paralelo e da montante da descarga). Depois 
ligou-se o conjunto motobomba e iniciou-se o experimento. 
 
Imagem 1: registro a jusante do conjunto motor-bomba 
Abriu-se o registro a jusante da bomba, permitindo o início do escoamento ao 
longo da tubulação e, também, abriu-se totalmente os registros das tubulações lisas 
e rugosas. Realizou-se o processo de Escorva, que consiste em submeter o 
manômetro em U a pressão atmosférica e por diferença de pressão a bolha é 
removida. Esse procedimento foi feito para que fosse reduzido erros no momento da 
leitura dos desníveis de mercúrio. 
 
Imagem 2: manômetros (onde realiza-se a Escorva) 
Para os dados da tubulação rugosa, abriu-se totalmente o registro da mesma 
e manteve-se o registro da tubulação lisa fechado. Após isso, foram medidas as 
deflexões para o cálculo da vazão e a perda de carga na tubulação rugosa. Para 
finalizar esta primeira parte do experimento, fechou-se totalmente o registro da 
tubulação. 
Em seguida, abriu-se totalmente o registro da tubulação lisa e realizou-se a 
medição das deflexões para o cálculo da vazão e da perda de carga no rugoso. 
Após a coleta dos dados, fechou-se totalmente o registro da tubulação lisa. 
Para obter um novo valor de vazão, abriu-se o registro da bomba para uma 
nova medida de vazão. Neste experimento, os passos citados acima, foram 
realizados até termos cinco medições distintas. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Após a coleta de todos os dados do experimento, foi possível a realização 
dos cálculos para então se chegar no objetivo do experimento; a medida da perda 
de carga distribuída em tubulações e o traçado das linhas de carga e piezométrica 
efetivas (LCE e LPE). 
 
 
Tabela 1 - Medida da perda de carga distribuída para tubos hidraulicamente lisos. 
 
 
Tabela 2 - Medida da perda de carga distribuída para tubos hidraulicamente rugosos. 
 
Como se pode observar pelos resultados obtidos acima, os tubos 
hidraulicamente lisos, apesar de ter uma baixa rugosidade absoluta, possuem um 
valor significativo de perda distribuída. Os valores determinados por 
Darcy-Weisbach são semelhante aos determinados pela equação empírica de 
Fair-Whipple-Hsiao. 
Para os tubos hidraulicamente rugosos, como esperado, os valores de perda 
distribuída foram maiores que os dos lisos, devido a sua rugosidade absoluta que é 
consideravelmente maior que a dos tubos hidraulicamente lisos. 
Podemos observar a relação entre a perda de carga distribuída por metro e a 
vazão do escoamento a partir dos gráficos abaixos para cada tubo. 
 
 
Gráfico 1 - Perda de carga distribuída por metro em função da vazão para tubos 
hidraulicamente lisos. 
 
 
Gráfico 2 - Perda de carga distribuída por metro em função da vazão para tubos 
hidraulicamente rugosos. 
 
Para uma melhor visualização dos dados obtidos, segue em anexo a planilha 
a seguir:​ [Prática 04] Perdas de carga distribuídas em condutos forçados 
 
. 
 
4. CONCLUSÃO 
 
Através do experimento realizado foi possível observar que a premissa de 
que, em tubos hidraulicamente lisos a perda de carga é menor, enquanto que no 
oposto (tubos hidraulicamente rugosos) a perda se apresenta de forma maior, está 
correta. Este fato se deve a característica da rugosidade absoluta dos tubos, ou 
seja, quanto maior a mesma, maior será a perda de carga. 
Durante e após o experimento é possível que tenha ocorrido erros com o 
manuseio ou manutenção de materiais utilizados como a bomba ou a abertura 
rápida dos registros, também podem ter ocorridos erros de leitura no termômetro ou 
no manômetro. Além disso, erros podem ter ocorrido durante os cálculos dos 
valores, erros devido a incerteza ou arredondamento das medidas. 
Compreender e adquirir a noção do quanto a perda de carga influencia na 
altura da coluna de fluido é imprescindível para que possamos levar em 
consideração esse fator no momento em que estivermos dimensionando um 
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1NMRKO8fw1NK_AYW9uN8eQxLFWpdvsCxJDyH-06ii85E/edit?usp=sharing
sistema hidráulico. 
 
5. REFERÊNCIAS 
 
 
NAKAMOTO, Vitor; BERLIM, Ivan; et al. Tubo de Pitot. Disponivel em: 
https://www.sorocaba.unesp.br/Home/Extensao/Engenhocas/projeto-tubo-de-pitot.p
df​. Acessoem 12/out. de 2020. 
 
Significados. Disponível em: ​https://www.significados.com.br/hidraulica/​. Acesso em 
12/out. de 2020. 
 
DE PAULA, I.B; Medidas Pontuais de Velocidade. Disponível em: 
http://lef.mec.puc-rio.br/wp-content/uploads/2015/11/aula-teorica-anemometria.pdf 
Acesso em 12/out. de 2020. 
 
FERREIRA, Prof. Me. Daniel Cordeiro; Escoamento Uniforme em Tubulações III. 
Disponível em: 
https://classroom.google.com/u/2/w/MTQxMzI3MTEwMzgx/tc/MTQ4MDE3MTU4Mz
M5​. Acesso em 13/out. de 2020. 
 
https://docplayer.com.br/39982697-Tubo-de-pitot-e-um-tubo-aberto-dirigido-contra-a
-corrente-do-fluido-tendo-na-outra-extremidade-um-manometro-que-indica-diretame
nte-a-pressao-total.html​. Acesso em 14/out. de 2020. 
 
 
 
https://www.sorocaba.unesp.br/Home/Extensao/Engenhocas/projeto-tubo-de-pitot.pdf
https://www.sorocaba.unesp.br/Home/Extensao/Engenhocas/projeto-tubo-de-pitot.pdf
https://www.significados.com.br/hidraulica/
http://lef.mec.puc-rio.br/wp-content/uploads/2015/11/aula-teorica-anemometria.pdf
https://classroom.google.com/u/2/w/MTQxMzI3MTEwMzgx/tc/MTQ4MDE3MTU4MzM5
https://classroom.google.com/u/2/w/MTQxMzI3MTEwMzgx/tc/MTQ4MDE3MTU4MzM5
https://docplayer.com.br/39982697-Tubo-de-pitot-e-um-tubo-aberto-dirigido-contra-a-corrente-do-fluido-tendo-na-outra-extremidade-um-manometro-que-indica-diretamente-a-pressao-total.html
https://docplayer.com.br/39982697-Tubo-de-pitot-e-um-tubo-aberto-dirigido-contra-a-corrente-do-fluido-tendo-na-outra-extremidade-um-manometro-que-indica-diretamente-a-pressao-total.html
https://docplayer.com.br/39982697-Tubo-de-pitot-e-um-tubo-aberto-dirigido-contra-a-corrente-do-fluido-tendo-na-outra-extremidade-um-manometro-que-indica-diretamente-a-pressao-total.html