Relatório mecflu experimental DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÃO DE PVC.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
RELATÓRIO TÉCNICO | EQUIPE N°01 | DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÃO DE PVC.
Railson Oliveira de Mendonça – 201734040013
Sabryna Santana Costa – 201834040015
	
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
RELATÓRIO TÉCNICO | EQUIPE N°01 | DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÃO DE PVC.
Railson Oliveira de Mendonça – 201734040013
Sabryna Santana Costa – 201834040015
Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Mecânica dos Fluidos Experimental, no Curso de Engenharia Mecânica na Universidade Federal do Pará, campus universitário de Tucuruí.
Prof. Artur José Cunha da Silva
	
RESUMO
RELATÓRIO TÉCNICO | EQUIPE N°01 | DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÃO DE PVC.
RESUMO: O presente relatório visa demonstrar o experimento, em bancada hidráulica, de um escoamento de fluido (Água) por uma determinada tubulação de PVC com algumas reduções. Dessa forma, serão demonstrados os cálculos feitos para se obter o coeficiente de perda de carga no sistema. Por conseguinte, se comparam os resultados adquiridos de forma teórica com os resultados observados experimentalmente. 
Palavras-chave: Escoamento, fluido, perda de carga, redução.
LISTA DE SÍMBOLOS
	Símbolos
	Significado
	Unidade (SI)
	
	
	
	𝜇
	Viscosidade dinâmica
	
	𝜌
	Massa específica
	
	𝑅𝑒
	Número de Reynolds
	Adimensional
	
	Fator de atrito
	Adimensional
	
	Rugosidade
	
	
	Perda de carga
	
	
	Aceleração da gravidade
	
	
	Vazão volumétrica
	
	
	Velocidade
	
	
	Diâmetro
	
	
	Coeficiente de perda de carga
	Adimensional
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1. Diagrama de Moody-Rouse	9
Figura 2. Bancada Hidráulica	12
Figura 3. Manômetro	12
Figura 4. Circuito usado destacado em preto	13
Figura 5. Bombas hidráulicas (0,6 Cv)	14
Figura 6. Medidor de vazão	14
Sumário 
1	INTRODUÇÃO	7
2	OBJETIVO	8
3	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA	8
3.1	PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA	8
3.1.1	Método da perda de carga distribuída	8
3.2	PERDA DE CARGA LOCALIZADA	11
3.2.1	Método da perda de carga localizada	11
4	EXPERIMENTO	12
4.1	MATERIAIS	12
4.1.1	Bancada Hidráulica	12
4.1.2	Manômetro	12
4.2	METODOLOGIA	13
4.2.1	Circuito em estudo na bancada hidráulica	13
4.2.2	Medidas do diâmetro das tubulações e distância entre os pontos de pressão	13
4.2.3	Ligação das bombas, abertura dos registros e análise de pressão e vazão	13
4.2.4	Cálculo da perda de carga total	14
5	ANÁLISE DE RESULTADOS	18
6	CONCLUSÃO	19
7	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	20
7 
 
Tucuruí-Pará
Dezembro de 2019
INTRODUÇÃO  
Segundo Cavalcanti (2009), o líquido ao se escoar através de uma canalização sofre certa resistência ao seu movimento, em razão do efeito combinado da viscosidade e inércia. Essa resistência é vencida pelo líquido em movimento, mediante uma dissipação de parte de sua energia disponível ao que, comumente, se chama de perda de energia, especialmente “Perda de Carga”. Sempre que um líquido escoa no interior de um tubo de um ponto para outro, haverá uma certa perda de energia.
A perda de carga pode ser distribuída ou localizada, dependendo do motivo que a causa. Para a perda de carga distribuída, a 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 e por isso é denominada de Perda de Carga Distribuída. 
A perda de carga localizada, é causada pelos acessórios de canalização, isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, que provocam variação brusca da velocidade, em módulo ou direção, intensificando a perda de energia nos pontos onde estão localizadas, sendo por isso conhecidas como Perdas de Carga Localizadas. O escoamento sofre perturbações bruscas em pontos da instalação tais como em válvulas, curvas, reduções, entre outros.
OBJETIVO
Comprovar a perda de carga em tubulação com redução e comparar os resultados com aqueles previstos em teoria.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA
A perda de carga distribuída, ocorre ao longo dos trechos retos de tubulação devido ao atrito. Essa perda de carga depende do diâmetro D e do comprimento L do tubo; da rugosidade ɛ da parede; das propriedades do fluido, da massa específica ρ, da viscosidade μ e da velocidade V do escoamento. A rugosidade da parede depende do material de fabricação do tubo bem como do seu estado de conservação. De maneira geral, um tubo usado apresenta uma rugosidade maior que um tubo novo.
Dentre as propriedades do fluido, a viscosidade é a mais importante na dissipação de energia. Além de ser proporcional à perda de carga, sua relação com as forças de inércia do escoamento fornece um número adimensional, o número de Reynolds Re, que é o parâmetro que indica o regime do escoamento (Laminar ou Turbulento).
Para tubulações de seção circular, o número de Reynolds é calculado conforme a equação abaixo:
	
	Eq (1)
Onde,
Método da perda de carga distribuída
Além do apoio teórico, várias experiências foram efetuadas para o desenvolvimento de fórmulas que expressem satisfatoriamente os valores da perda de carga distribuída.
 O diagrama de Moody-Rouse é um dos mais utilizados para o cálculo de perda de carga distribuída. Entra-se com o valor de e/D (rugosidade relativa) e o número de Reynolds (Re), obtendo-se o valor de f (coeficiente de atrito). 
Figura 1. Diagrama de Moody-RouseFonte: DocPlayer (2019)
 A equação de perda de carga distribuída para a aplicação do método de Moody-Rouse é:
	
	Eq. (2)
Onde: 
 perda de carga;
 coeficiente de atrito;
 comprimento da tubulação;
 diâmetro da tubulação;
 = velocidade;
 = aceleração da gravidade.
Para um regime de escoamento laminar, o fator de atrito pode ser obtido pela seguinte relação:
 Eq (3)
Para um regime de escoamento turbulento usamos uma simplificação da equação implícita de Colebrook-white, feita por Haaland:
 Eq (4)
Onde representa a rugosidade do material, que pode ser encontrada de forma tabelada. Abaixo, a rugosidade para alguns materiais:
Tabela 1. Rugosidade absoluta de alguns materiais
Fonte: DocPlayer/Hidrodinâmica (2019)
PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Este tipo de perda de carga é causado pelos acessórios de canalização, isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle de fluxo do escoamento, que provocam variação brusca na velocidade, em módulo ou direção, intensificando a perda de energia nos pontos onde estão localizadas, sendo por isso conhecidas como Perdas de Carga Localizadas. O escoamento sofre perturbações bruscas em pontos de instalação tais como em válvulas, curvas, reduções, etc.
Método da perda de carga localizada
Para calcularmos a perda de carga localizada utilizamos a seguinte equação:
 Eq (5)
Onde,
 coeficiente característico de perda de carga*
 velocidade 
 gravidade 
*Cada tipo de componente tem um coeficiente de perda de carga característico, e pode ser encontrado em tabelas construídas experimentalmente em diversas literaturas. O coeficiente K é determinado sempre em relação à maior velocidade (menor seção) no sistema de escoamento. Abaixo, alguns valores de K para determinados componentes:
Tabela 2. Valores de K para alguns componentes
Fonte: Apostila Sistemas de Bombeamento (2019)
EXPERIMENTO
O experimento foi realizado em bancada hidráulica, no laboratório de Engenharia Sanitária e Ambiental. A seguir, estarão descritos os materiais e métodos utilizados neste trabalho.
MATERIAIS
BancadaHidráulica
A bancada é composta por uma série de tubos de diferentes diâmetros e comprimentos, um medidor de vazão, componentes ao longo de todo o sistema, tais como reduções, registros e válvulas diversas, duas bombas e um reservatório.
Figura 2. Bancada Hidráulica
Fonte: Autoria Própria (2019)
Manômetro
Figura 3. Manômetro
Fonte: Autoria própria (2019)
METODOLOGIA
Para determinação do cálculo de perda de carga teórico em tubulação de PVC com água, foram feitos os seguintes passos:
Circuito em estudo na bancada hidráulica
Figura 4. Circuito usado destacado em preto
Fonte: Autoria Própria (2019)
Medidas do diâmetro das tubulações e distância entre os pontos de pressão
Mediu-se o diâmetro das tubulações, e também a distância L entre os pontos de pressão. Em seguida, foi conectada a mangueira ligada ao manômetro nos pontos de interesse em medir a perda de carga, sempre evitando a admissão de ar dentro da mangueira. 
Tubo de PVC Ø 1”, uma redução para Ø ¾” e outra redução para Ø ½”
L= 45 cm
Ligação das bombas, abertura dos registros e análise de pressão e vazão
Foi feita a ligação das bombas simultaneamente de forma a garantir a unicidade do caminho da água no circuito, abertos os registros de cada um dos pontos de interesse, separadamente, um de cada vez, e em paralelo mediu-se a pressão e vazão correspondentes. O procedimento foi repetido 5 vezes para cada ponto de interesse. Abaixo, seguem a média dos resultados obtidos no processo:
Figura 5. Bombas hidráulicas (0,6 cv)
Fonte: Autoria Própria (2019)
Figura 6. Medidor de vazão
Fonte: Autoria Própria (2019)
Tabela 3- Resultados obtidos experimentalmente
	
	Pressão (mH2O)
	
	Redução 1
	Redução 2
	
	Vazão (L/h)
	Ponto 1
	Ponto 2
	Ponto 1
	Ponto 2
	Média
	6000
	18
	16
	16
	12
Fonte: Autoria Própria
Cálculo da perda de carga total 
Para o cálculo da perda de carga total, utilizamos a seguinte equação:
 Eq. (6)
Em que,
 Eq. (7)
Calculamos separadamente cada uma das parcelas da equação:
I. Perda de carga nos trechos retos
Algumas constantes e equações recorrentes nos cálculos:
· Trecho 1:
Da Eq. (1):
Calculando a partir da Eq (4):
Agora, para o cálculo da perda de carga nesse trecho, usamos a Eq.(2):
· Trecho 2:
Da Eq. (1):
Calculando :
Usando a Eq. (2):
· Trecho 3:
Da Eq. (1):
Calculando :
Usando a Eq. (2):
Calculadas as perdas as perdas de carga nos três trechos, encontramos a primeira parte da equação da perda de carga total:
II. Perda de Carga nas singularidades
Para o cálculo da perda de carga nas singularidades usaremos a velocidade de saída das reduções, ou seja, da menor seção e o coeficiente K da tabela 2.
· Redução 1:
· Redução 2;
Assim encontramos a segunda parte da equação:
Dessa forma, substituindo os resultados na Eq. (6), obtemos a perda de carga total teórica:
ANÁLISE DE RESULTADOS
Após efetuar os cálculos e analisar os resultados, vemos que se obtém o que se espera, já que algumas das ideias dispostas em teoria puderam ser demonstradas por meio do experimento, como por exemplo, a influência direta de componentes como reduções na perda de carga. Pelos resultados nota-se que a perda de carga nos trechos retos, se comparada à perda de carga nas singularidades é muito menor, provando que os componentes causam um aumento brusco na mesma. Também podemos observar que quanto menor é o diâmetro maior é a perda de carga, satisfazendo assim a relação da equação em que a perda de carga é inversamente proporcional ao diâmetro. A influência do fator de atrito também pôde ser observada, visto que quanto maior o número de Reynolds, maior o fator de atrito, assim aumentando a perda de carga consideravelmente. 
CONCLUSÃO
Assim sendo, o estudo da perda de carga é de suma importância para o dimensionamento de sistemas hidráulicos ou equipamentos que envolvam o escoamento interno de fluidos. Podemos observar que o trabalhando de forma pratica através de experimentos simples, reforçamos a certeza dos resultados de forma a diminuir a tendência a erros e também conseguimos descrever e entender com mais clareza o comportamento de determinado sistema. Dessa forma, compreendemos melhor como a perda de carga age em um sistema de escoamento, levando em conta todos os fatores que podem influenciá-la. Esse estudo pode nos ajudar a designar a melhor forma de dimensionar um sistema, garantindo em parte, o sucesso do projeto que será feito.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
https://docplayer.com.br/8902359-Hidrodinamica-um-escoamento-uniforme-e-um-movimento-permanente-no-qual-a-velocidade-e-constante-ao-longo-de-cada-trajetoria.html
https://issuu.com/jorgeantoniovillarale/docs/apostila_sistemas_de_bombeamento__2/192
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/disciplinas/Fernando/leb472/Aula_7/Perda_de_carga_Manuel%20Barral.pdf