LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS FLUÍDOS PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA

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Quadro 1: Tabela de rugosidade de tubulações (Fonte: FOX, R.W., McDONALD, P, J, PRITCHARD, 2006).

Dentre as propriedades do fluido, a viscosidade é a mais importante na dissipação de energia. Além de ser proporcional à perda de carga, sua relaçao com as forças de inercia do escoamento fornece um numero admensional, o numero de Reynolds (Re), que é o parâmetro que indica o regime do escoamento. Para tubulações de seção circular, o numero de Reynolds é calculado conforme a formula abaixo:

Re = ρ. V. D

µ

Após varias experiências para o desenvolvimento de formulas que expressem satisfatoriamente os valores da perda de carga distribuída, destacando-se entre outros, os trabalhos de Moody Rouse, Hazen Willams e Darcy Weisbach.

As perdas de cargas em geral são expressas pela fórmula:

h1 = ΔP = k v2

γ 2g

onde h1 – perda de carga [m]

k – coeficiente de perda de carga (admensional)

v – velocidade media do escoamento no duto [ m/s]

g – aceleração da gravidade

Sendo a forma de Darcy Weisbach conhecida como a forma universal para perda de carga.

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L – comprimento da tubulação (m)

V – a velocidade média do fluido (m/s)

D – diâmetro interno da tubulação (m)

g – constante da aceleração da gravidade, 9,8(m/s2)

f – o fator de atrito ou coeficiente de atrito

hL – perda de carga (m)

Uma solução rápida com uma considerável precisão para o cálculo do coeficiente de atrito (f), é utilizar o diagrama de Moody que utiliza a rugosidade relativa (ε/D) em tubulações.

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Figura 1 : Diagrama de Moody

A perda de carga localizada ou singular ocorre devido a uma diversidade de acessórios tais como cotovelos, válvulas, mudanças de curso, etc. este tipo de perda de carga ocorre sempre que o escoamento do fluido sofre algum tipo de perturbação que causam o aparecimento ou o aumento de turbulências, responsáveis pela dissipação adicional de energia. As perdas de carga nesses locais são chamadas de perdas de cargas localizadas ou perdas de carga acidentais (BRUNETTI, FRANCO, 2008).

A ocorrência de perda de carga é considerada concentrada no ponto provocando uma queda acentuada da pressão no curto espaço compreendido pelo acessório. Para perda de carga localizada pode ser calculado usando também o método de comprimento equivalente que consiste em definir um comprimento de tubulação que causa a mesma perda de carga que o acessório. Os comprimentos equivalentes dos acessórios presentes na tubulação são “adicionados” ao comprimento físico da tubulação fornecendo um comprimento equivalente (Leq). (QASIM, SYED R.)

Matematicamente o comprimento equivalente pode ser calculado pela expressão:

hL = fD Leq v2

D 2g

A perda de carga no acessório é dependente da caracteristica do acessório

hL = k v2

2g

Na figura abaixo mostra com detalhes os motivos de perda de carga singular.

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Figura 2 – Representação da turbulência responsável pela perda de carga localizada (Fonte: - QASIM, SYED R.)

Existem também vários quadros que facilitam a utilização, onde são constados os comprimentos equivalentes dos principais componentes de um sistema hidráulico. Como mostrado na quadro abaixo.

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Quadro 2 – Quadro de comprimento equivalente (Fonte: QASIM, SYED R.)

3 – MATERIAIS UTILIZADOS

1- Manômetro de coluna em U

2 - Mangueiras

3 – Tubos de cobre

4 – Válvula esférica

5 – Válvulas globo

6 – Bomba

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Figura 2 – Válvulas globo (Fonte: Laboratório de hidráulica UNIP)

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Figura 3 – Válvula esfera (Fonte: Laboratório de hidráulica UNIP)

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Figura 4 – Manômetro de coluna em U (Fonte: Laboratório de hidráulica UNIP)

3.1 – PARTE EXPERIMENTAL

Após efetuar todas as adequações na mesa hidráulica, para efetuar assim o estudo de perda de carga do fluido no sistema.

Primeiramente é necessário ver a dimensão do tubo ao qual o fluido circulará (comprimento x diâmetro) e também a altura que o tubo esta da mesa. Feito isso foi ligado a bomba e em seguida esperou-se estabilizar escoamento do fluido (água), em seguida abriu-se a válvula esférica totalmente, então foi conferido no manômetro de coluna em U a diferença de altura e em seguida foi efetuado esse processo por mais quatro vezes, porem para cada vezes seguinte foi-se fechando a válvula esférica para se obter as diferenças de alturas.

Com os dados obtidos foi então possível efetuar os cálculos para assim saber os valores das perdas de cargas no sistema.

4 – RESULTADOS EXPERIMENTAIS

DARCY WEISBACH

Hf = f . ( L / D ) . ( V² / 2g )

Hf1