Perda de Carga em Condutos Forçados: Experimento e Aplicações, Trabalhos de Dinâmica de Fluidos

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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

EXPERIMENTO DE PERDA DE

CARGA

ITATIBA 2017

UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

EXPERIMENTO DE PERDA DE

CARGA

Giovane Franzine 002201500699

João Paulo Ribeiro 002201500689

Leonardo Panachi 002201500531

Tiago D. F. Nogueira 002201500922

Trabalho elaborado para apresentação à disciplina Hidráulica de Condutos Forçados do Curso de Engenharia Civil da Universidade São Francisco, sob orientação da M.ª Cristina das Graças Fassina, como requisito para obtenção de média semestral. ITATIBA 2017

• Figura
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• Tabela
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• Introdução Sumário
• Objetivo
• Metodologia
• Materiais
• Métodos
• Resultados
• Cálculos Realizados
• Conclusão
• Referência

Introdução

O estudo da perda de carga em condutos forçados, onde a pressão interna é diferente da pressão atmosférica, é de suma importância para o correto dimensionamento de sistemas de bombeamento e de tubulações, perda de carga pode ser definida como sendo a perda de energia que o fluido sofre durante o escoamento em uma tubulação. Sempre que um fluido se desloca no interior de uma tubulação ocorre atrito deste fluido com as paredes internas desta tubulação, ocorre também uma turbulência do fluido com ele mesmo, este fenômeno faz com que a pressão que existe no interior da tubulação vá diminuindo gradativamente à medida com que o fluido se desloque, esta diminuição da pressão é conhecida como “Perda de Carga”. Desta forma a perda de carga seria uma restrição à passagem do fluxo do fluido dentro da tubulação, esta resistência influenciará diretamente na altura manométrica de uma bomba hidráulica e sua vazão volumétrica. A perda de carga distribuída onde as paredes dos dutos causam uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente ao longo do comprimento e por isso e denominada de Perda de Carga Distribuída. Já a perda de carga localizada pode ser calculada em diversos tipos de conexões, aparelhos ou particularidades em determinados pontos da tubulação.

Metodologia

Esta pratica foi realizada com auxílio de uma bancada composta por tubulações, conexões, e instrumentos de medidas de vazão e pressão, afim de obter resultados referentes a perde de cargas, conforme descrito no item 3.1 e procedimentos conforme métodos descritos no item 3.2. 3.1 Materiais Foi utilizado uma bancada didática para experimento de perda de carga, onde é composta por, 7 tubulações de diferentes diâmetros e materiais dentre eles cobre, PVC e aço galvanizado. Sistemas de análise de perda de carga localizada, dentre eles: registros de gaveta, esfera, filtros, rugosidades variadas, curvas de raios curto e longo, cotovelos, expansão e contração súbita, possibilitando escoamentos alternativos ao longo do sistema. Ponto de aquisição de pressão do tipo pneumática ao longo das tubulações. Manômetro Bourdon para monitoramento de pressão. Tubo de Venturi confeccionado em acrílico. Reservatório para medição volumétrica. Piezômetro de três linhas (XL10) Medidor de pressão diferencial com aquisição de dados e software (MDD30V2). Rotâmetro, medidor de vazão. Figura 1- Bancada Didática

Figura 2 – Medidos de Pressão Diferencial Figura 3 – Rotâmetro Figura 4 – Conexões (Joelho 45º, curva 90º) Figura 5 – Tubos (liso, rugoso, ¾” e ½”)

Método de análise com medidor de pressão diferencial digital, para tudo rugoso. Outro ensaio foi realizado com tubo de ¾” rugoso, onde foi aplicada a mesma metodologia afim de obter a perda de carga distribuída em metros. Este ensaio foi realizado três vezes com diferentes vazões. Método de análise utilizando piezômetro, para obtenção de perdas de carga localizadas em duas peças diferentes. A bomba hidráulica foi acionada para início do experimento. Após isso foi realizado regulagem de vazão no rotâmetro, foram escolhidos duas peças para análise de perda de carga localizada (joelho de 45º e curva de 90º), foram colocadas mangueiras antes e depois de cada conexão, em pontos conhecidos, afim de verificar a pressão inicial de final de cada ponto, esta análise foi feita com ajuda de um piezômetro onde obteve o valor de três colunas d’agua em milímetros, assim obtendo em cálculos o resultado da perda de carga localizadas em cada peça.

Resultados

Para determinação dos valores das Tabelas abaixo foram utilizadas as seguintes fórmulas: D Q 4, 1, J  0,000824 J=∆H/L Le=∆H/J* *J obtido no experimento perda de carga distribuída referente ao tubo liso (J=∆H/L) ∆H = Perda de Carga (m) D = Diâmetro do Conduto (m) Q = Vazão (m³/s) J = Perda de Carga Unitária (m/m) Le = Comprimento Equivalente (m)

Transformações de unidades de medidas: D = 21mm = 0,021m Q = 1500 l/h = 4,16x10-^4 m³/s Q = 2500l/h = 6,94 x10-^4 m³/s Q= 3500l/h = 9,72 x10-^4 m³/s L = 136 cm = 1,36m Cálculos Realizados: Perda de carga unitária (Tubo liso ¾”) Para Q=4,16x10-^4 m³/s J = 0,1/1,36 = J = 0, 0735 m/m Para Q=6,94x10-^4 m³/s J = 0,2/1,36 = J = 0, 1471 m/m Para Q=9,72x10-^4 m³/s J = 0,5/1, 36 = J = 0, 3676 m/m Perda de carga unitária FLAMANT (Tubo liso ¾”) Para Q=4,16x10-^4 m³/s J = 0,000824 x (0,000416^1,75) / (0,021^4,75) = J = 0, 0930 m/m Para Q=6,94x10-^4 m³/s J = 0,000824 x (0,000694^1,75) / (0,021^4,75) = J = 0, 2279 m/m Para Q=9,72x10-^4 m³/s J = 0,000824 x (0,000972^1,75) / (0,021^4,75) = J = 0, 4109 m/m Perda de carga unitária (Tubo rugoso ¾”)

Conexão 2 : Para Q=4,16x10-^4 m³/s ∆H = 532 - 498 = 34 mm => 0,0 34 m Para Q=6,94x10-^4 m³/s ∆H = 623 - 549 = 74 mm => 0, 074 m Para Q=9,72x10-^4 m³/s ∆H = 745 - 598 = 147 mm => 0, 147 m Comprimento Equivalente (Cota2 – Cota3) (Le = ∆H/J) Para Q=4,16x10-^4 m³/s Le = 0,034/0,0735 = 0, 4626 m Para Q=6,94x10-^4 m³/s Le = 0, 074 /0,1471 = 0, 5031 m Para Q=9,72x10-^4 m³/s Le = 0, 147 /0,3676 = 0, 3999 m

TUBO LISO 3/4" Diâmetro (mm) COMPRIMENTO (L) (m) VAZAO (m^3 /S) PERDA DE CARGA TOTAL (∆H) (m) PERDA DE CARGA UNITARIA (J) (m/m) PERDA DE CARGA UNITARIA (J) (m/m) FLAMANT 21 1,36 0,000416 0,1 0,0735 0, 21 1,36 0,000694 0,2 0,1471 0, 21 1,36 0,000972 0,5 0,3676 0, Tabela 1 – Tubo liso ¾” TUBO RUGOSO 3/4" Diâmetro (mm) COMPRIMENTO (L) (m) VAZAO (m^3 /S) PERDA DE CARGA TOTAL (∆H) (m) PERDA DE CARGA UNITARIA (J) (m/m) 21 1,36 0,000416 0,15 0, 21 1,36 0,000694 0,45 0, 21 1,36 0,000972 0,8 0, Tabela 2 – Tubo Rugoso ¾” JOELHO 45º CURVA DE 90º Diâmetro (mm): 21 Diâmetro (mm): 21 VAZAO (m^3 /S) PERDA DE CARGA LOCALIZADA (∆H) (m) COMPRIMENTO EQUIVALENTE (Le= ∆H /J) (m) VAZAO (m^3 /S) PERDA DE CARGA LOCALIZADA (∆H) (m) COMPRIMENTO EQUIVALENTE (Le= ∆H /J) (m) 0,000416 0,051 0,6938 0,000416 0,034 0, 0,000694 0,106 0,7206 0,000694 0,074 0, 0,000972 0,2 0,5441 0,000972 0,147 0, Tabela 3 – Joelho de 45º Tabela 4 – Curva de 90º

Referências http://www.labtrix.com.br/bancada-didatica/fluidos-e-hidraulica/xl26.1- bancada-de-mecanica-dos-fluidos-com-aquisicao-de-dados http://www.esalq.usp.br/departamentos/leb/disciplinas/Fernando/leb472/A ula_7/Perda_de_carga_Manuel%20Barral.pdf