Relatório Mecanica dos Fluidos

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- Materiais utilizados

No experimento, foram utilizados os seguintes materiais:

- Bomba periférica 0.5hp QB60 (GAMA, ref. 27763BR2);

- Manômetro 0-8.5 psi (SALVI);

- Tubulação PVC;

- Base construída de madeira;

- Reservatório de 110L de capacidade;

- Recipiente Graduado de 4L;

- Cronômetro.

Na Fig. (2) são ilustrados os materiais utilizados no experimento.

[pic 5]

Figura 2. Desenho esquemático da bancada experimental.

- Procedimento experimental

Tempo (s)

Volume (mL)

Vazão (L/s)

5.81

3150

0.5422

3.56

1900

0.5337

6.75

3500

0.5185

Com a bancada experimental montada, assim como mostrada na Fig. (2), o procedimento foi prático. A bomba foi ligada, succionando o fluido (água) do reservatório, fazendo com que ele adquirisse pressão. Desta forma, o fluido seguiu pela tubulação, o qual passou pelo primeiro manômetro (medindo 2.3 psi). Logo após, houve uma redução de diâmetro na tubulação (de 25.4 para 17 mm) e o fluido seguiu desta forma por 0.97 m até encontrar uma expansão, onde retornou para o seu diâmetro de origem (25,4mm), passando então pelo segundo manômetro onde foi medido 1.8 psi. Como o objetivo deste relatório foi restringido neste ponto, não houve a necessidade de coletar os dados do restante da tubulação.

Para medição da vazão foi-se utilizado o reservatório de 4L e um cronômetro. Com o reservatório de 4L vazio, iniciou a adição do fluido em 00:00 até a sua retirada, na qual também foi parado o cronômetro. Com uma simples regra de três, foi possível determinar a vazão. O procedimento foi repetido 3 vezes para obtenção de melhores dados e menos erros possíveis. Os valores medidos estão explicitados na Tab. (1):

Tabela 1. Medição experimental da vazão.

- RESULTADOS

Como já foi apresentado, o objetivo do experimento é calcular o valor da pressão na saída da tubulação e compará-lo com o valor medido no manômetro imediatamente antes da saída. De maneira a chegar a tal resultado, deve-se construir a Eq. (4):

[pic 6] (4)

Sendo Ze igual a Zs e Ve igual a Vs, estes termos se anulam na equação, restando os termos abaixo:

[pic 7] (5)

Onde Ps é a pressão de saída a ser calculada; Pe é a pressão de entrada (lida no manômetro); [pic 8][pic 9] é densidade da água; g é a aceleração da gravidade; e hl é a perda de carga na tubulação.

Realizando a média dos valores de vazão encontrados na Tab. (1), temos que a vazão dentro da tubulação é igual a:

[pic 10] (6)

Com a vazão calculada, pode-se também calcular as velocidades nas tubulações a partir da Eq. (7).

[pic 11] (7)

[pic 12] (8)

[pic 13] (9)

Com os valores de velocidade calculados, é possível encontrar o número de Reynolds para cada diâmetro da tubulação. Tal parâmetro é utilizado por dois motivos: para saber se o escoamento é turbulento; e para utilizá-lo para encontrar o fator de atrito usado na perda de carga. Seguem as equações para Reynolds:

[pic 14] (10)

Para o cálculo da perda de carga, hl, utiliza-se a seguinte equação:

[pic 15] (11)

Onde [pic 16][pic 17] é o fator de atrito. Este é determinado a partir do Diagrama de Moody, uma vez que [pic 18][pic 19]. Sabendo que a rugosidade no tubo PCV é igual a 0.005 mm, para a tubulação com diâmetro interno igual a 17 mm, temos a Eq. (4):

[pic 20] (12)

Encontrado o fator de atrito, pode-se calcular o hl:

[pic 21] (13)

[pic 22] (14)

Portanto, para calcular a pressão de saída, temos:

[pic 23] (15)

A Tabela (2) mostra os valores das variáveis constantes usadas para solucionar todas as equações presentes nessa seção do relatório.

Tabela 2. Valores das variáveis constantes.

Dados

Densidade do agua - ρ agua ( kg.m-3) à 25º

998

Aceleração da gravidade - g (m/s²)

9.81

Viscosidade dinâmica da água (μ)

1002*10-3

Diâmetro interno tubo de 20 mm (mm)

17

Diâmetro interno tubo de 32 mm (mm)

25.4

Kl (redução – tabela 8-4 do Çengel)

0.15

Kl (expansão – tabela 8-4 do Çengel)

0.07

Comprimento tubo de 20 mm (m)

0.97

- DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

O valor encontrado pelos cálculos