Relatorio Perda de Carga

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Portanto, o seguinte relatório é referente a um experimento que teve por objetivo calcular os coeficientes de perda de carga de um fluido escoando a montante e a jusante de uma redução de seção.

Objetivos

O experimento realizado tem por objetivo analisar o escoamento da água por uma tubulação que passa por uma redução de seção e possui três pontos de estudo a montante e a jusante desse acessório de canalização.

Nessa análise, deseja-se obter os coeficientes de perda de carga dos pontos iniciais, dos pontos finais e do coeficiente de perda de carga localizado na redução de seção.

Introdução teórica

No escoamento de fluido em condutos, observa-se que devido ao princípio da aderência, as partículas do fluido em contato com a parede do tubo adquirem a velocidade da superfície deste, que está em repouso. Desta forma, como as partículas que não estão em contato com a parede da tubulação não estão em repouso, é criado um perfil de velocidades.

Figura 1 - Perfil de velocidades

[pic 1]

Logo, é notável que a dissipação de energia provocada pelos efeitos viscosos citados provoca uma diminuição da pressão total do fluido ao longo do escoamento que é chamada de perda de carga. Essa perda de carga pode ser localizada ou distribuída.

A perda de carga localizada é causada por peças utilizadas no controle do escoamento, que provocam alterações bruscas na velocidade, no módulo ou na direção, fazendo com que haja uma abrupta perda de carga no ponto de instalação. Alguns exemplos desses acessórios de canalização são válvulas, curvas ou reduções. Na imagem abaixo há um exemplo de uma redução de tubulação, onde o diâmetro interno final é menor que o inicial.

Figura 2 - Redução

[pic 2]

Por outro lado, a perda de carga distribuída é gerada devido aos efeitos viscosos ao longo do comprimento longilíneo da tubulação fazendo com que haja uma diminuição gradativa de pressão. Sendo assim, observa-se que esta perda de carga é relativa ao diâmetro e ao comprimento do tubo, além da rugosidade da parede da tubulação e de algumas propriedades do fluido de trabalho, como sua massa específica, sua viscosidade e a velocidade de escoamento.

Assim, há alguns métodos que permitem o cálculo da perda de carga distribuída, sendo que o método de Moody-Rouse é um dos mais utilizados na obtenção desse valor. Esse método é definido pela seguinte equação.

(1.0)[pic 3]

Sendo que na equação acima é a perda de carga, k é o coeficiente de perda de carga, g é a aceleração da gravidade, v é a velocidade do escoamento, é a variação de pressão e é o peso específico do fluido de trabalho.[pic 4][pic 5][pic 6]

Logo, a partir da equação do método de Moody-Rouse, é possível inferir que a inclinação da reta em um gráfico da pressão pelo peso específico é o valor do coeficiente de perda de carga do escoamento no conduto, que é o objetivo do experimento realizado.

Então, a partir das três medições a jusante e três medições a montante da pressão lida em um multimanômetro, e, das propriedades do fluido de trabalho, que no caso é agua, à temperatura medida, é possível obter as perdas de carga a montante e a jusante de uma instalação que tem por objetivo causar uma perda de carga localizada. Sendo que no caso do experimento realizado, o acessório de canalização utilizado foi uma redução de seção.

Por fim, a equação de energia, que relaciona a perda de carga com as pressões, as velocidades e as cargas adicionadas e retiradas devido à ação de bombas ou turbinas e vai permitir o dimensionamento de um projeto hidráulico é dada a seguir.

(2.0)[pic 7]

Experimento realizado

O método experimental consistiu em ajustar dez vazões diferentes através de um jogo de válvulas e para cada vazão ajustada foram realizadas as seguintes etapas.

- Promovido o escoamento de água através da tubulação da bancada, foi cronometrado o tempo de enchimento do tanque.

- Determinação da diferença de massas (Mfinal – Minicial), de modo a obter a vazão mássica ao fazer . E obtenção da velocidade posteriormente através da fórmula [pic 8][pic 9]

- Determinação da pressão () através da leitura da altura () da coluna d’água no multimanômetro e aplicação da fórmula da pressão estática[pic 10][pic 11]

- com ρ =0,9978 para T=22°C.[pic 12][pic 13]

Os dados experimentais tempo, massa e altura h, possibilitaram os cálculos das constantes velocidade e pressão, necessárias para a obtenção do coeficiente de perda de carga (k). pois

[pic 14]

Metodologia de cálculo

As medições realizadas no experimento tem por objetivo calcular o valor do coeficiente de perda de carga na expansão de secção, além dos pontos a montante e a jusante desta peça especial. Desta forma, os valores desses coeficientes serão obtidos de forma algébrica e de forma gráfica.

Assim, inicialmente é necessário obter a massa de água que escoou pela tubulação, sendo que esse cálculo é feito subtraindo o valor da massa do tanque cheio de água pelo valor do tanque vazio, assim, tomando como exemplo a primeira medição, o valor da massa é dado abaixo.

(3.0)[pic 15]

= 121,83 kg[pic 16]

Com o valor da massa e do tempo necessário para encher o tanque, que foi outro dado medido durante o experimento, obtêm-se a vazão mássica.

(4.0)[pic 17]

[pic 18]

Logo, com o valor da vazão mássica obtido, é necessário calcular a área interna da tubulação e depois com ambos os valores e a massa específica da água à obtêm-se a velocidade de escoamento do fluido.[pic 19]

(5.0)[pic 20]

= 0,001225417 [pic 21][pic 22]

= 0,001971357 [pic 23][pic 24]

Assim, considerando que a massa específica da água na temperatura