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Grupo: Gabriela, Gabrielle, Mayra 23/11/
LAUDO – PERDA DE CARGA
O experimento tem como alvo identificar a perda de carga em um trecho da tubulação
e determinar o coeficiente de atrito f.
DADOS
Por meio da Bancada de mecânica dos fluidos com rotâmetro Labtrix, modelo XL 26,
Série 022016, Figura 1, realizou-se o experimento em três tubulações distintas, sendo replicado
em cinco vazões para cada duto.
Figura 1: Bancada de mecânica dos fluidos com rotâmetro
Fonte: Manual equipamento.
Como demonstrado na Figura 1, a bancada conta com piezômetro, o qual utilizou-se
no experimento realizado na tubulação oito. Para a realização dos demais experimentos para
identificação da pressão utilizou-se medidor de pressão eletrônico.
DADOS DO ENSAIO
Realiza-se o primeiro experimento na linha 2, sendo a tubulação ¾’’ liso. Inicialmente
conecta-se uma ponta das mangueiras as tomadas de pressão na linha 2 e a outra ponta conecta-
se ao medidor de pressão eletrônico de acordo com a Figura 2.
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Figura 2: Perda de carga na linha 2
Fonte: Manual equipamento.
Abre-se a válvula de entrada da linha 2 e liga-se a bomba, com a bomba ligada
estabelece a vazão através do reservatório. Espera-se a vazão estabilizar e liga-se o medidor de
pressão eletrônico e, após anota-se as pressões Pa e Pb. Este procedimento é realizado com
cinco vazões diferentes conforme demonstrado na Tabela 1.
Tabela 1: Valores obtidos do experimento para linha 2
Medições Altura (m) Volume (m³) Tempo (s) Vazão (m³/s) Pa (mmHg) Pb (mmHg) Hf=Pa-Pb 1 0,03 0,0018 33,93 0,000054252 11 1 10 2 0,09 0,0055 14,75 0,0003744 12 0 12 3 0,09 0,0055 7,2 0,000767 13 0 13 4 0,14 0,0085 9,52 0,000902352 13 0 13 5 0,14 0,0085 8,12 0,001057931 13 0 13
Fonte: Autor
Com os dados obtidos por meio da Tabela 1, obtém-se o regime de escoamento do
fluido referente às cinco vazões estudadas, Tabela 2.
Tabela 2: Regime de escoamento do fluido
Medições Velocidade (m/s) Reynolds 1 0,1933 3,65E+ 2 1,3345 2,52E+ 3 2,7339 5,17E+ 4 3,2164 6,08E+ 5 3,7710 7,13E+
Fonte: Autor
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Figura 3: Análise gráfica relacionando vazão e perda de Carga
Fonte: Autor
A Figura 3 apresenta o comportamento da perda de carga distribuída na tubulação em
relação às vazões estabelecidas no sistema, concluindo que para as maiores vazões ocorre as
maiores perdas de carga no sistema.
Para o procedimento estudado na linha 6, ¾” rugoso, havendo juntamente um tubo de
Venturi, determina-se também a perda de carga localizada, distribuída e fator de atrito f. A
Figura 4, demonstra a forma com a qual a mangueiras de conexão são ligadas ao medidor de
pressão em relação ao sistema.
Figura 4: Perda de carga na linha 6
Fonte: Procedimento operacional 2017.
Após ajustada as conexões coerentes a Figura 4, repete-se o experimento para cinco
vazões distintas novamente. A tabela 4, apresenta os resultados obtidos.
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Tabela 4: Valores obtidos do experimento para linha 6.
Medições Altura (m) Volume (m³) Tempo (s) Vazão (m³/s) Pa (mmHg) Pb (mmHg) Hf=Pa-Pb 1 0,03 0,0018 3,8 0,00048 93 42 51 2 0,03 0,0018 4,5 0,00040 68 49 19 3 0,09 0,0055 7,9 0,00069 232 109 123 4 0,09 0,0055 6,48 0,00085 295 136 159 5 0,14 0,0085 8 0,00107 445 178 267 6 0,14 0,0085 8,03 0,00106 479 178 301
Fonte: Autor
A partir da Tabela 4, obtém o comportamento do escoamento do fluido na tubulação, sendo
possível identificar e classificar o regime de escoamento do fluido, Tabela 5.
Tabela 5: Regime de escoamento do fluido linha 6
medições velocidade (m/s) Reynolds 1 1,7267 32635, 2 1,4581 27558, 3 2,4917 47093, 4 3,0378 57413, 5 3,8276 72341, 6 3,8133 72070,
Fonte: Autor
Analisando a Tabela 5, o comportamento do fluido tem-se como turbulento, nesta
situação a determinação da perda de carga localizada e fator de atrito f no tubo de Venturi,
utiliza-se as Equações 3 e 4.
Equação 3: Perda de Carga Localizada
𝑣^2
*KL do tubo de Venturi 0,0025 m
Equação 4: Fator de Atrito
Utilizando os equacionamentos para perda de carga localizada para o tubo de Venturi
e perda de carga distribuída para a tubulação restante, têm-se os seguintes resultados, Tabela 6.
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Figura 6: Perda de carga na linha 8
Fonte: Procedimento operacional 2017
Inicialmente fecha-se totalmente a válvula de entrada da linha 8 e liga-se a bomba,
com a bomba ligada abre-se a válvula e mede-se a vazão através do reservatório. Anota-se a
pressão Pa e Pb visualizada no piezômetro, em seguida abre-se a válvula 2, válvula esfera, e
observa-se uma variação de pressão no piezômetro, após sua estabilização anota-se a nova Pa
e Pb. Este procedimento é realizado com cinco vazões diferentes conforme a tabela a seguir:
Tabela 7: Perda de Carga Localizada, linha 8
Medições Altura (m) Volume (m³) Tempo (s) Vazão (m³/s) Pa (mmHg) Pb (mmHg) Pa (mmHg) Pb (mmHg) 1 0,03 0,0018 7,1 0,00025 910 880 909 884 2 0,09 0,0055 9,3 0,00059 1044 867 1060 864 3 0,09 0,0055 6,7 0,00082 1174 827 1245 798 4 0,14 0,0085 9,0 0,00095 1254 794 1384 717 5 0,09 0,0055 7,0 0,00078 1095 856 1124 848 Válvula Fechada Válvula Aberta
Fonte: Autor
A partir das informações obtidas pela Tabela 7, identifica-se o regime de escoamento
do fluido, Tabela 8.
Tabela 8: Regime de escoamento do fluido linha 8
Medições velocidade (m/s) Reynolds 1 0,92416 1,75E+ 2 2,11662 4,00E+ 3 2,93800 5,55E+ 4 3,40228 6,43E+ 5 2,81208 5,31E+
Fonte: Autor
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Por meio da Tabela 8, constata-se que o regime de escoamento do fluido é turbulento.
Utiliza-se as Equações 3 e 4 para determinação da perda de carga localizada e Equações 1 e 2
para perda de carga distribuída na linha 8.
Para cálculo de perda de carga localizada, utiliza-se as seguintes considerações nos
seguintes acessórios presentes na linha estudada, Tabela 9.
Tabela 9: Coeficiente de perda de carga
Acessório KL passagem Bilateral 1, Cotovelo 90° 0, Passagem Direta 0, Cotovelo 90° 0, Passagem Lateral 1, Gaveta Aberta 0,
Fonte: Çencel
Por meio das informações da Tabela 9, e sabendo que o comprimento equivalente da
tubulação é 2,52 m, obtêm-se a perda de carga distribuída e localizada da tubulação, Tabela 10.
Tabela 10: Perda de carga na linha 8
Medições perda de carga localizada perda distribuída Perda total h f f h f f 1 0, 0,
Fonte: Autor
Nota-se que a perda de carga localizada é superior a perda de carga distribuída ao
longo da tubulação, esse fato se deve aos acessórios presentes na linha 8. Para melhor análise,
com os dados obtidos, traça-se o gráfico a fim de avaliar a perda de carga total do sistema,
Figura 7.
Grupo: Gabriela, Gabrielle, Mayra 23/11/ um menor coeficiente de atrito, isto ocorre, pois, a velocidade do fluido consegue vencer as forças de cisalhamento, sendo assim, o fluido terá uma menor resistência para escoar. No experimento dois observa-se que ambas as perdas de carga aumentaram de acordo com a vazão, sendo possível notar uma tendência de estabilização nos últimos dois pontos coletados, mas para comprovação da mesma seria necessário realizar a coleta de mais dados. Fazendo uma comparação entre o tubo de Venturi e os acessórios do experimento três percebe-se que o tubo de Venturi apresenta uma perda de carga maior. Os acessórios contidos no tubo do experimento três, sofrem uma perda de carga localizada que aumenta conforme aumentamos a vazão, já a perda de carga distribuída ao longo do tubo retilíneo diminui, porém ela não sofre uma diminuição tão significativa, sendo assim é possível observar que ao contrário do experimento um, a perda de carga total da tubulação e a força de atrito aumentam conforme a vazão. Isso se dá devido aos acessórios exercerem uma forte resistência ao escoamento do fluido. Conclui-se que no escoamento de um fluido há vários fatores que influenciam na perda de carga, como a extensão da tubulação, diâmetro, acessórios, velocidade, rugosidade, viscosidade e qualquer outra perturbação que possa ocorrer ao longo da tubulação. REFERÊNCIAS : MCCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOT, P. Unit operations of chemical engineering. 7° edição. ÇENGEL Y. A. GHAJAR A. J. Transferência de Calor e Massa, 4° edição. Labtrix
