MEDIDAS DE PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA

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1 MEDIDAS DE PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA - OBJETIVO Consolidar o conceito de perda de carga a partir do cálculo das perdas distribuídas e localizadas em uma tubulação. - INTRODUÇÃO TEÓRICA.. PERDA DE CARGA Nas canalizações, qualquer causa perturbadora como o atrito do fluido com as paredes do conduto, um elemento que venha estabelecer ou elevar a turbulência, mudar a direção ou alterar a velocidade, é responsável por uma perda de energia. Em conseqüência da inércia e de turbilhonamentos, parte desta energia mecânica disponível converte-se em calor o qual é dissipado, resultando em uma perda de carga. A resistência ao escoamento no caso do regime laminar é devida inteiramente à viscosidade. Embora essa perda de energia seja comumente designada como perda por atrito, não se deve supor que ela seja devida a uma forma de atrito como a que ocorre com os sólidos. Junto às paredes dos tubos não há movimento do fluido. A velocidade se eleva de zero até o seu valor máximo junto ao eixo do tubo. Pode-se assim imaginar uma série de camadas em movimento, com velocidades diferentes e responsáveis pela dissipação de energia. A equação de Bernoulli foi deduzida para fluidos ideais, de forma que foram desconsiderados os efeitos de atrito entre as partículas do fluido e entre o fluido e a parede do tubo. Para fluidos reais, a equação de Bernoulli apresenta um termo adicional que considera as perdas de energia nos escoamentos, denominada equação de Bernoulli modificada (equação ). p v p v g.z g.z h t Equação O termo adicional h t denominado perda de carga total, é a soma das perdas de carga distribuída h d com a perda de carga localizada h l : h t hd hl.. PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA Como as paredes internas das tubulações apresentam rugosidade e o fluido tem uma determinada viscosidade, ocorrem perdas de energia devido ao atrito entre as camadas de fluido e entre o fluido e a parede do tubo. Estas perdas são denominadas de perdas de carga distribuídas e podem ser calculadas pela seguinte equação: Equação Geral de Darcy Weisbach: sendo: f fator de atrito; L comprimento da tubulação; D diâmetro interno da tubulação; V velocidade média do escoamento. O fator de atrito f depende do regime de escoamento do fluido. L V hd f Equação D.. Regime de Escoamento Laminar LQ Segundo Hagen e Pouseuille a perda de pressão é dada pela expressão: p D D Organizando os termos da equação de forma que A e Q V. A, temos: L Q L p p V D D D

2 h d L.V D.D multiplicando a equação por V, temos: h d L V D.V.D como o número de Reynolds VD L V Rey, hd comparando esta equação com a Rey D equação, concluímos que, para o regime laminar, o fator de atrito é função do número de Reynolds, pela fórmula: f Rey.. Regime de Escoamento Turbulento No escoamento turbulento não podemos avaliar analiticamente a queda de pressão. Por esta razão devemos recorrer aos dados experimentais e usar a análise dimensional para correlacioná-los. No escoamento turbulento plenamente desenvolvido, a queda de pressão devida ao atrito, em um tubo horizontal de seção constante, depende do comprimento, do diâmetro, da altura, da rugosidade (), da velocidade média, da massa específica () e da viscosidade do fluido (). Aplicando análise dimensional, obtemos, substituindo na equação de h, temos: p. V h d V L f,, VD D D f Re y, L D, D através da experiência e adequando os dados obtidos pode-se chegar à seguinte expressão: L V hd f Rey, D D Baseados nesta teoria realizaram-se trabalhos experimentais, variando-se o número de Reynolds e a rugosidade relativa, para se obter valores de fator de atrito. O primeiro gráfico foi desenvolvido por D Nikuradse e mais tarde aperfeiçoado por Moody. Posteriormente foram desenvolvidas teorias para calcular o fator de atrito como função do número de Reynolds, a partir de diferentes equacionamentos. Neste caso apresentaremos uma equação geral desenvolvida por Colebrook-White e muito utilizada no estudo de Mecânica dos Fluidos: Colebrook-White, log f,d Re y f PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Objetivo Específico: Determinar as perdas de carga distribuída e localizada em um tubo galvanizado, um tubo de PVC, uma redução, um registro gaveta e uma válvula de retenção tipo portinhola, um registro de pressão e uma contração brusca.. PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA O procedimento é executado de acordo com o esquema da figura a seguir. Aciona-se a bomba e se abre a válvula iniciando o escoamento de água. No manômetro diferencial determina-se a queda de pressão nas tomadas de pressão dos tubos (galvanizado e PVC). Ao mesmo tempo mede-se o volume na caixa d água graduada e o tempo necessário para preencher este volume.

3 Com as quedas de pressão e as vazões medidas, substituídas na equação, pode-se determinar o fator de atrito de cada tubo para cada n de Reynolds. Utilizando-se o diagrama de Moody pode-se então se comparar os valores esperados pela teoria com os valores experimentais. EXPERIÊNCIA DE MEDIDAS DE PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA Dia: / / TUBO DE PVC H (mmhg) Volume (l) Tempo (s)

4 TUBO GALVANIZADO H (mmhg) Volume (l) Tempo (s) CÁLCULOS -

5 RESULTADOS Tubo de PVC P VAZÃO f Re Tubo galvanizado P VAZÃO f Re

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