Portfólio 1 - FENÔMENOS DE TRANSPORTE

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ENGENHARIA ELÉTRICA
ALEXANDRE ROCHA – RA 241782010
Fenômenos de Transporte
Perda de Carga Distribuída
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Curitiba
Ano 2021
ALEXANDRE ROCHA
Fenômenos de Transporte
Perda de Carga Distribuída
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário ENIAC para a disciplina Ciência dos Materiais.
Prof. Thiago Alexandre
Curitiba
Ano 2021
1. OBJETIVO
O escoamento em condutos fechados possui ampla aplicação na indústria, construção civil, geração de energia, entre outros. Devido à viscosidade do fluido e seu atrito com as paredes internas da tubulação, há uma transformação contínua de energia de pressão em energia térmica e sonora entre duas seções de um tubo, durante o escoamento. Essa dissipação de energia mecânica é chamada de perda de carga.
Por se tratar de um fenômeno que ocorre em todo tipo de escoamento, laminar ou turbulento, e para qualquer tipo de fluido, o estudo da perda de carga em tubulações se torna imprescindível para o conhecimento técnico e projeto de uma instalação hidráulica.
Como parte das atividades deste laboratório, você irá analisar o comportamento do escoamento da água em tubulações de diferentes diâmetros e materiais, medindo a perda de carga em cada caso.
Será possível, ainda, variar a vazão do escoamento e verificar sua influência no sistema estudado.
2. Abordagem
· Verificar a relação de dependência entre a perda de carga e a vazão;
· Determinar o número de Reynolds para cada caso estudado e sua implicação na análise dos dados, bem como o tipo de escoamento (laminar, de transição, ou turbulento);
· Utilizar a equação da continuidade para determinar a velocidade de escoamento de um determinado fluido;
· Analisar como o material utilizado na fabricação dos condutos influencia na queda de pressão de um fluido em movimento;
· Comparar os resultados obtidos nas medições com os valores teóricos esperados.
3. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
O estudo da perda de carga no escoamento em tubulações é de fundamental importância, tanto em aplicações residenciais e da construção civil, como na indústria em geral. O projeto de sistemas de bombeamento de água, controle de processos industriais, sistemas de filtração, estações de tratamento de esgoto, entre outros, tem grande dependência dos conceitos aqui apresentados e aplicados no equipamento didático. Quando se deseja determinar, numa instalação hidrossanitária residencial, o diâmetro das tubulações que serão utilizadas e em que nível ficará instalado a caixa d’água, recorre-se ao cálculo da perda de carga no escoamento dos fluidos para determinar se a pressão nos pontos de utilização (pia, chuveiro, vaso sanitário, etc) é suficiente para cada diâmetro de conduto considerado. Na indústria, quando se deseja determinar a altura manométrica (pressão de descarga) e vazão de uma bomba que será utilizada num processo, analisa-se o comprimento que a linha terá e os acessórios que serão utilizados (válvulas, joelhos, filtros, etc) para assim escolher o modelo adequado, baseando-se na perda de carga causada pelos componentes do sistema. Além dessas, existem inúmeras outras aplicações na engenharia aos conceitos aqui citados.
4. O EXPERIMENTO
Neste laboratório virtual, seguimos as instruções contidas no roteiro, possibilitando a obtenção da diferença de pressão entre os pontos de medição (perda de carga) utilizando o manômetro em U. De posse desses dados, é possível compará-los com os resultados teóricos esperados. Foi essencial para o funcionamento adequado do experimento e correta aquisição de dados às instruções contidas no roteiro foram seguidas rigorosamente.
5. SEGURANÇA
Para a realização deste experimento não precisamos utilizar equipamentos de proteção individual (EPIs). Antes de iniciarmos a operação do sistema, verificamos que se as válvulas estão na posição correta, às mangueiras para medição da perda de carga estão plugadas, e se a bomba que utilizamos estava habilitada.
6. CENÁRIO
A bancada didática de Mecânica dos Fluidos e Bombas é composta por tubulações de PVC, acrílico, e cobre com diferentes diâmetros, acessórios para medição de perda de carga localizada, bombas responsáveis pelo deslocamento forçado do fluido e medidores de pressão diferenciais. Outros acessórios e componentes secundários, além dos já citados, serão descritos a seguir:
Linhas de Perda de Carga Distribuída: São compostas por 4 tubulações de PVC (diâmetro 32mm), PVC (diâmetro 25mm), Cobre (diâmetro 28mm) e Acrílico (diâmetro 25mm). Possuem 2 pontos de medição de pressão distando 1 metro entre eles.
Acessórios de Perda de Carga Localizada: Diversos dispositivos utilizados na montagem de sistemas de tubulações (joelhos, curvas, expansões, contrações, válvulas, filtros, etc) são apresentados no equipamento didático. Conectores pneumáticos estão posicionados antes e depois de cada um deles, para que a queda de pressão localizada possa ser mensurada.
Medidores de Vazão: São dispositivos destinados à obtenção da vazão do escoamento do fluido. O Tubo de Venturi e a Placa de Orifício, presentes no equipamento, são 2 deles. Através da perda de carga entre 2 pontos destes acessórios, é possível obter a vazão aplicando a equação da conservação da energia.
Além desses, existe ainda um medidor do tipo rotâmetro, que permite a aquisição da vazão de água através do sistema utilizando um êmbolo e uma escala graduada, pelo princípio do equilíbrio de forças.
Medidores de pressão: Na bancada se encontram 4 tipos de medidores de pressão. O manômetro em U, o manômetro digital, os manômetros de Bourdon e os manovacuômetros. Todos eles serão abordados de forma mais aprofundada no sumário teórico e roteiro dos experimentos.
Quadro Elétrico: Reservado ao controle elétrico do sistema. Contém um inversor de frequência destinado a realizar o controle das bombas centrífugas. Possui as funções de liga/desliga, botão de emergência e controle de vazão.
Bombas: Tipo centrífuga de 0,5CV de potência e ligação elétrica 220V trifásica. São utilizadas para succionar a água do reservatório inferior, tendo como recalque o sistema em estudo. São fornecidas duas bombas de mesmo modelo.
Tanque de acrílico: Reservatório apoiado sobre a mesa destinado a realizar acúmulo de água através do fechamento da válvula de retorno ao tanque inferior.
Resposta:
O perfil de velocidades encontra-se hidro dinamicamente desenvolvido quando ele cessa de variar ao longo da direção axial do tubo. Na região de desenvolvimento o núcleo do escoamento é acelerado e o fluido próximo da parede é retardado pela ação da viscosidade.
Em regime permanente a equação da energia para um processo isotérmico sem adição ou remoção de trabalho é dada acima. A seção é a entrada e a saída.
Quanto maior o diâmetro, menor a perda de carga. O diâmetro é inversamente proporcional à perda de carga. Quanto maior a velocidade do fluido, maior a perda de carga. A rugosidade depende do material do tubo. Alguns fatores que influenciam nas perdas de carga são: a natureza do fluido escoado, natureza das paredes dos tubos como o diâmetro e seu envelhecimento, o regime de escoamento do fluido e a velocidade do escoamento.
Perda de Carga Distribuída ou Primária: 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. A pressão dinâmica depende de alguns fatores da tubulação, tais como:
Traçado da tubulação e diâmetros adotados.
O valor de pressão dinâmica é a pressão estática menos o valor das perdas de carga localizadas e distribuídas.
Linha 1
Linha 2
Linha 3
Linha 4
Conclusão
Assim, podemos concluir atravésdos estudos que o dentro dos Fenômenos de Transporte, matéria de estudos de engenharia, aplicada pela Faculdade ENIAC, no Curso de Engenharia Elétrica; colaborou para o estudo sobre Perda de Carga em Condutos Forçados é de extrema importância para o avanço nas pesquisas hidráulicas que avaliam o atrito do fluido em escoamento nas tubulações e as perdas decorrentes pelos componentes instalados nos sistemas.
A Perda de carga distribuída, esse tipo de perda de carga ocorre em trechos de tubulação retilíneos e de diâmetro constante. Ela se dá porque a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão distribuída ao longo de seu comprimento que faz com que a pressão total vá diminuindo gradativamente, daí o nome perda de carga distribuída.
Já a Perda de carga localizada, ocorre em trechos da tubulação onde há presença de acessórios, sejam eles: válvulas, curvas, derivações, registros ou conexões, bombas, turbinas e outros. A presença desses acessórios contribui para a alteração de módulo ou direção da velocidade média do escoamento e, consequentemente, de pressão no local, ou seja, age alterando a uniformidade do escoamento.
Dessa forma, há contribuição para o aumento da turbulência no fluido e essa turbulência provoca a perda de carga. Neste caso, a perda de carga é provocada pelos acessórios na tubulação e recebe o nome de perda de carga localizada.
Referências Bibliográficas
Espartel, Lélis. Hidráulica aplicada / Lélis Espartel. – Porto Alegre : SAGAH, 2017. 120 p. : il. ; 22,5 cm. ISBN 978-85-9502-026-9 1. Engenharia - Hidráulica aplicada. I. Título, recurso eletrônico.
Materiais de Estudos do ENIAC.
Moody, L. F. 1944. Friction factors for pipe flow. Transactions of the ASME, 66(8), 671–684. Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. 2004. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos. 4a ed. São Paulo: Blucher.
ELEMENTOS Finitos: primeiros passos. [S. l.: S. n.], 2016. 1 vídeo (10 min 31 s). Publicado pelo canal ENSUS ENGENHARIA LTDA. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=KjR0V1Deysc. Acesso em: 18 ago. 2021.
ÇENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos fluidos: fundamentos e aplicações. 3. ed. Porto Alegre: AMGH; Bookman, 2015. 1016 p.
POTTER,M. C.;WIGGERT, D. C.Mecânica dos fluidos. Porto Alegre: Bookman, 2018. 258 p. WHITE, F. M. Mecânica dos fluidos. 8. ed. Porto Alegre: AMGH; Bookman, 2018. 864 p.
APÊNCIDE
Pré-Testes
1) Em relação ao fator de atrito (f) para escoamento interno em tubulações, é incorreto afirmar que:
c) o fator de atrito sempre aumenta com a rugosidade do material.
2) A respeito do número de Reynolds, é correto afirmar:
b) permite determinar o tipo de escoamento que ocorre em um conduto, e pode ser obtido utilizando apenas a vazão do fluido, sua viscosidade cinemática e o diâmetro interno da tubulação;
3) A respeito da equação da conservação da energia, é correto o que se afirma em:
a) sua manipulação permite a obtenção da perda de carga entre 2 pontos do escoamento interno de um fluido, englobando a queda de energia causada por quaisquer fatores;
Testes