DEFINIÇÃO DO FATOR K CORRESPONDENTE AO TÊ DE POLIETILENO DE COMPRESSÃO COM FLUXO EM SENTIDO RETO

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1 DEFINIÇÃO DO FATOR K CORRESPONDENTE AO TÊ DE POLIETILENO DE COMPRESSÃO COM FLUXO EM SENTIDO RETO O. C. da Cruz 1 ; A. C. Barreto 1 ; R. G. C. Couto 2 ; J. F. da Silva 2 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo definir o fator K para a conexão tê de polietileno de compressão com passagem direta. O fator K é o coeficiente de carga cinética ou de resistência de perfil utilizado quando se pretende definir a perda de carga de um acessório através do método direto. Para obtenção dos dados utilizaram-se tês de polietileno de 32, 4, 5 e 63 mm de diâmetro. O trabalho constituiu de três peças de cada diâmetro. Foram analisadas cinco vazões diferentes compatíveis a cada diâmetro com três repetições, totalizando 45 ensaios. Para aferir a vazão utilizou-se placa de orifício previamente calibrada. Aplicou-se o teorema de Bernoulli, para determinação da perda de carga ocorrida entre as tomadas de pressão e a equação de Darcy-Weisbach, para a perda de carga ocorrida no tubo entre as tomadas. Por diferença obteve-se a perda de carga localizada. Com os dados levantados e utilizando uma planilha eletrônica obteve-se a perda ocasionada pelo acessório. Através dos resultados encontrados concluiu-se que o valor médio do fator K para todos os tratamentos foi,166. PALAVRAS-CHAVE: perda de carga localizada; método direto; coeficiente de carga cinética. DEFINITION OF FACTOR K CORRESPONDING TO HAVE COMPRESSION WITH POLYETHYLENE TO FLOW STRAIGHT SUMMARY: The present study aimed to define the "K" factor for the connection have compression polyethylene with direct passage. The factor "K" is the kinetic load coefficient of resistance or if you want to set profile used when the load loss of an accessory through the direct method. To obtain data used polyethylene pipes, 32, 4 and 5 63 mm in diameter. The work has three pieces of each diameter. Five different flow rates were analyzed each compatible with diameter three repetitions, totaling 45 tests. For measuring the flow rate used calibrated orifice plate. Applied Bernoulli's theorem, for determination of load loss between the pressure and the Darcy-Weisbach equation, equation for the pressure loss in the pipe between takes. By difference obtained the loss of localized load. With the data collected and using a spreadsheet if 1 Prof. Doutor, Depto de Engenharia Agronômica, IFTM, Uberaba, MG. CEP Fone ( e- mail: othon@iftm.edu.br. 2 Tecnólogos em Irrigação e Drenagem, IFTM, Uberaba, MG.

2 the loss has been occasioned by the accessory. Through the results found it was concluded that the average value of "K" factor for all treatments was.166. KEYWORDS: localized head loss; direct method; kinetic load coefficient. INTRODUÇÃO Nos sistemas de irrigação, tubulações e conexões são utilizadas para conduzir água da fonte até o ponto de distribuição e ao escoar por um duto ou acessório, o fluido sofre resistência ao seu movimento devido ao efeito combinado da viscosidade e inércia. Essa resistência é vencida pelo líquido em movimento, que para isso dissipa parte de sua energia disponível, fato este denominado perda de carga (Cruz, 28. A perda de carga decorrente do movimento de um fluido em uma tubulação é denominada de perda de carga contínua. Outro tipo de perda de carga denominada como localizada corresponde àquela que ocorre em conexões, devido à conversão de direção do fluido ou redução do diâmetro do tubo em que o fluido se movimenta. Conexões de compressão, objeto deste estudo, consistem de uma bolsa onde o tubo é introduzido, fazendo-se a vedação através de anel de borracha. Com a utilização de uma garra, com material mais resistente que o polietileno (PE, e uma porca externa cônica, a conexão é travada no tubo, fazendo com que a capacidade de travamento possa resistir ao máximo esforço de tração no momento que o tubo é submetido sob pressão (Brastubo, 211. O coeficiente de carga cinética, denominado como fator K depende das características geométricas da peça e do número de Reynolds, reduzindo com o aumento de Re até certo limite a partir do qual se mantém constante (Provenzano & Pumo, 24; Juana et al., 22 e Cardoso & Frizzone, 27. Este coeficiente é um parâmetro importante e essencial quando se pretende determinar a perda de carga localizada em acessórios através do método direto. Azevedo Neto & Alvarez (1985, citados por Mello et al. (21, enfatizam que esse método é mais preciso, quando comparado ao método do comprimento equivalente, pois gera resultados mais próximos da realidade física. O presente trabalho teve como objetivo determinar o coeficiente K dos tês de polietileno com compressão (32, 4 5 e 63 mm em sentido reto (passagem direta e as equações que relacionam as vazões e as perdas de cargas ocasionadas pelos tês. MATERIAL E MÉTODOS Os testes foram realizados no laboratório de hidráulica do Instituto Federal do Triângulo Mineiro, Campus Uberaba. A bancada de teste (Figura 1 constou de um reservatório de 55 litros; registro de gaveta obstruindo o fluxo em sentido lateral; 4 colares de tomada de pressão para dois manômetros de coluna de mercúrio em U (CMU; placas de orifício previamente calibradas. Para a obtenção dos dados dos tês de 32 mm utilizou-se apenas a bomba que fornecia vazões entre 4 e 12 m³ h -1 e para os outros tês fez-se a utilização da bomba capaz de fornecer vazões entre 12 e 2 m³ h -1. Ressalta-se que foi necessário a utilização das duas bombas em paralelo para a coleta de dados nos diâmetros de 5 e 63 mm. A vazão era obtida através da utilização das placas de orifício pré-calibradas e uma coluna de mercúrio em U (CMU. As tomadas de pressão desta CMU foram instaladas, conforme recomendações de Delmeé (23. Instalou-se dois colares de tomada de pressão conectados a outra CMU, um à montante do tê avaliado e o outro a jusante em sentido reto.

3 Figura 1. Vista superior da bancada de testes A distância deles ao tê foi anotada para ser utilizada em cálculos posteriores. Abria-se o registro da ligação de pressão em determinada vazão, fazia-se a leitura do diferencial de pressão nas duas CMU e registrava-se os valores. Foram avaliados três unidades da conexão de mesmo diâmetro e, para cada um deles, coletou-se dados de cinco vazões diferentes com três repetições, totalizando 45 ensaios. Os diferenciais de pressão coletados na CMU instalada nas proximidades da placa de orifício foram inseridos na equação da placa e, assim, obteve-se as vazões. De posse desses dados de vazões foi possível determinar as velocidades do fluxo. Para o cálculo do fator K do tê utilizou-se o método direto em que consistiu em encontrar a perda de carga causada pela peça através da eq.1. 2 V hf k. (eq. 1 2.g em que: hf - perda de carga localizada (m c a ; k - fator referente à peça (adimensional; V - velocidade de escoamento (m s -1 ; g - aceleração da gravidade (m s -2 Os dados coletados na CMU instalada nas proximidades do tê foram inseridos na equação proposta por Bernoulli para determinar a perda de carga ocorrida entre as tomadas de pressão. Através da equação de Darcy-Weisbach encontrou-se a perda de carga ocasionada pelo tubo de polietileno entre as tomadas de pressão. Vale ressaltar que todos os tratamentos foram efetuados com fluxo em turbulência plena (nº de Reynolds sempre acima de 5. Para conhecer a perda de carga ocasionada pelo tê de polietileno utilizou-se a eq. 2. hf Tê hf hf (eq. 2 Tot Tub em que: hf Tê - perda de carga gerada pelo tê (m c a; hf Tot - perda de carga ocasionada entre as tomadas de pressão (m c a; hf Tub - perda de carga ocorrida na tubulação entre as tomadas de pressão (m c a. Considerando a aceleração da gravidade igual a 9,81 m s -2, conhecendo os valores de velocidade e perda de carga em todos os dados e utilizando de uma planilha eletrônica desenvolvida no Microsoft Excel 23, foi possível definir o valor do fator K para os tês de polietileno de compressão em sentido reto (passagem direta.

4 O. C. da Cruz et al. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 2 representa a perda de carga localizada (HfL e as equações ajustadas nos tês de 32, 4 5 e 63 mm para diferentes Vazões (Q. Observa-se que há relação potencial entre a vazão e a perda de carga, com R 2 acima de,99, significando que 99,% das variações da perda de carga são explicadas pela variação de vazão. Os expoentes da vazão variaram entre 1,799 e 2,169. Esses valores caracterizam o regime de escoamento turbulento, conforme mencionado anteriormente.,25,2,15,1,5,25,2,15,1 Perda de Carga Localizada (Tê 32 mm HfL =,1Q 1,928 R² =, Perda de Carga Localizada (Tê 5 mm,5 HfL =,26Q 1,968 R² =, HfL =,11Q 1,799 R² =, Figura 2. Representação da perda de carga localizada nos tês de polietileno de compressão A Tabela 1 apresenta os valores médios de fator K obtidos para cada vazão nos três tês com diâmetros de 32, 4, 5 e 63 mm. Verifica-se que o valor médio do fator K para as diferentes conexões determinados para o sentido de fluxo reto (passagem direta foi de,166. O fator K para os tês de PVC com fluxo em sentido reto, segundo Carvalho & Oliveira (28, é de,6. Portanto, diante dos coeficientes apresentados, pode-se afirmar que a utilização de tês de polietileno com compressão resulta em uma perda de carga menor, quando comparada aos tês de PVC. Tabela 1. Valores médios de K obtidos para cada vazão nos três tês para os diâmetros de 32, 4, 5 e 63 mm. Tê 32 mm Tê 4 mm Tê 5 mm Tê 63 mm (m 3 h -1 Fator K 12,166 2,16 28,17 32,164 1,169 18,171 25,169 28,173 8,161 15,17 2,171 24,157 6, ,175 16,171 2,169 4,162 12,171 12,167 16,139 Média,164 Média,169 Média,17 Média,16 O coeficiente de carga cinética K depende do número de Reynolds (Re e das características geométricas do acessório. No escoamento turbulento, o coeficiente K está mais fortemente relacionado à geometria da seção e do fluxo de escoamento (Azevedo Neto et al.,,25,2,15,1,5,12,1,8,6 Perda de Carga Localizada (Tê 4 mm Perda de Carga Localizada (Tê 63 mm,4,2 HfL =,35Q 2,169 R² =,

5 1998. Isto explica a pouca variabilidade nos valores apresentados, considerando que os testes foram realizados em tês com fluxo de escoamento com passagem direta e em regime turbulento. CONCLUSÃO De acordo com os resultados encontrados concluiu-se que o valor médio do fator K para todos os tratamentos foi,166. O coeficiente de carga cinética K variou muito pouco em função do regime de escoamento em que foi conduzido este trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AZEVEDO NETTO, J.M. de; FERNANDEZ, M.F.; ARAÚJO, R. de; ITO, A.E. Manual de hidráulica. São Paulo: Edgard Blücher, p. BRASTUBO. Tubos de Polietileno - Manual Técnico do Polietileno. Disponível em: < Acesso: 18 de abr. de 211. CARDOSO, G.G.G.; FRIZZONE, J.A. Perda de carga em linhas laterais de microirrigação. Revista Brasileira de Engenharia de Biossistemas, Campinas, v. 1, n. 2, p , 27. CARVALHO, J. de A.; OLIVEIRA, L.F.C. de. Instalações de Bombeamento para irrigação. Lavras: UFLA, p. CRUZ, O.C. da. Desempenho de um hidrociclone de geometria Rietema como pré-filtro para sistemas de irrigação p. Tese (Doutorado em Agronomia - Faculdade de Ciências Agrárias, UNESP, Jaboticabal. DELMEÉ, G.J. Manual de medição de vazão. 3. ed. Ed. Edgard Blücher Ltda, São Paulo -SP, p. JUANA, L.; RODRIGUES-SINOBAS, L.; LOSADA, A. Determining minor head losses in drip irrigation laterals. Methodology. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, New York, v. 128, n. 6, p , 22. MELLO, C.R.; CARVALHO, J.A.; FERREIRA, D.F.; YANAGI JUNIOR, T.. Equações para estimativa do comprimento equivalente das principais conexões de tubulações de sucção em instalação de bombeamento. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 21, n. 2, p , mai. 21. MICROSOFT Excel for Windows 23, version 23: Microsoft Corporation, CD ROM. PROVENZANO, G.; PUMO, D. Experimental analysis of local pressure losses for microirrigation laterals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, New York, v.13, n.4, p , 24.