Experiencia 7 - Perda de Carga Localizada emComponentes

Prof. Vicente Luiz Scalon

1181 - Lab. Mecanica dos Fluidos

Objetivo:

Medida de perdas de carga localizada em alguns componentes tpicos de tubulacoes.

Descricao:

Neste experimento serao avaliados as perdas de carga localizadas em componentes tpicos de tu-bulacoes. Estes citados componentes sao os mais diversos possveis, podendo ser neles includos:ramificacoes de qualquer tipo, expansoes de area, cotovelos, valvulas ou registros, etc.

Existem basicamente dois tipos de analise mais utilizadas para ncluir o efeito de perda decarga relativa a` presenca do componente na tubulacao. O primeiro tipo efetua uma correcaosobre a carga distribuda incluindo um comprimento equivalente para cada um dos componentespresentes na tubulacao. Neste tipo de analise cada componente representa um comprimentoequivalente Leq, que e usado exatamente da mesma forma que o comprimento no calculo daperda de carga distribuda. Assim, quando se deseja saber qual a perda de pressao pela presencade um determinado componente, e so aplicar a expressao de Darcy-Weisbach, com o seu Leq:

P = CfLeqD

V 2

2

A outra forma de analise para expressar este mesmo fenomeno foi desenvolvida, a partirda formulacao de Bernoulli e das expressoes de volume de controle em mecanica dos fluidos,baseando-se no fenomeno de expansao abrupta, como mostrado na figura (1). Esta expressao e

Figura 1: Escoamento em uma expansao abrupta.

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Tabela 1: Valores de coeficiente K para algumas conexoes e acessorios.

Acessorio Coeficiente K

Cotovelo de 90 0,9Cotovelo de 45 0,4Curva de 90 0,4Curva de 45 0,2Medidor Venturi 2,5Registro Gaveta (totalmente aberto) 0,2Registro Globo (totalmente aberto) 10Fonte: Apostila do Laboratorio de Mecanica dos Fluidos.

mais utilizada quando se trabalha com perdas localizadas e e dada por:

P = KV 2

2

sendo o valor K adimensional e podendo ser utilizado em qualquer sistemas de unidades. Ex-pressoes similares a esta tambem podem ser apresentadas em termos de altura manometrica dofluido escoando, bastanto para isto, dividi-las pelo g.

Os valores do coeficiente K dependem do do numero Reynolds, mas para escoamentostotalmente turbulentos eles deixam de apresentar variacoes. Alguns valores para o coeficienteK sao apresentados na tabela (1).

Para este experimento, as medidas se darao, em primeiro lugar no modulo de ar, mostradona figura (2), onde serao realizadas medidas da perda de carga na tubulacao F . Estas medi-das permitirao avaliar como se comporta a perda de carga atraves dos cotovelos presentes natubulacao.

Componente Comprimento Diametro Caracterstica DispositivosTubo C L = 5 m 1,5 pol. Tubo Liso Tubo D L = 5 m 1,5 pol. Tubo Rugoso Tubo E L = 5 m 3 pol. Tubo Liso Tubo F L = 6 m 1,5 pol. Tubo Liso 4 cotovelos distancia linear entre as tomadas de pressao.

Figura 2: Esquema do modulo de Ar.

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Componente Comprimento Diametro Caracterstica DispositivosTubo B 3 pol. Tubo Liso Medidor de VelocidadeTubo D L = 2, 25 m 1,5 pol. Tubo Rugoso Tubo E L = 2, 25 m 1,5 pol. Tubo Liso Registro GloboTubo F L = 2, 25 m 1,5 pol. Tubo Liso distancia linear entre as tomadas de pressao.

Figura 3: Esquema do modulo de Agua.

Para o modulo de agua, mostrado na figura (3), tambem serao realizadas medidas na tubu-lacao E e que permitirao avaliar a perda de carga atraves da registro ali presente. No caso desteexperimento, e conveniente lembrar mais um vez que as medidas de velocidade se realizaraono centro tubo C, atraves de um tubo de Prandtl, onde sera levantado o valor de velocidademaxima. Atraves de resultados de experiencias anteriores e possvel afirmar que a velocidademedia na dtubulacao pode ser dada por:

Vmed = (0, 78 0, 05) Vmax

Procedimento:

Modulo de Ar

1. Ligar as mangueiras de leitura aos piezometros e a`s tomadas de pressao do medidor tipoPitot e dos pontos para avaliacao da perda de carga do tubo F.

2. Ligar o sistema de ventilacao.

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3. Tomar medidas de pressao para tres(3) vazoes em cada um dos dispositivos de medida,tanto no Pitot quanto para a perda de carga.

Modulo de Agua

1. Ligar as mangueiras de leitura aos piezometros e a`s tomadas de pressao do medidor tipoPrandtl e nas posicoes de medida de perda de carga do tubo E.

2. Ligar o sistema de bombeamento.

3. Retirar o ar das mangueiras dos pizometros.

4. Tomar as medidas de pressao para o Prandtl no ponto central da circunferencia no tuboC e para as tomadas de perda de pressao.

5. Repetir o procedimento para tres(3) vazoes diferentes.

Relatorio

O relatorio devera constar dos diversos componentes fundamentais para ser tratado como tal.

Introducao: a revisao da bibliografica sobre o assunto perda de carga localizada.

Metodologia: faca uma apresentacao dos procedimentos executados em laboratorio e de como,a partir dos dados, poderao ser obtidas as informacoes necessarias para o relatorio.

Resultados e Discussoes: serao efetivamente apresentados os dados(os dados devem ser apre-sentados na forma lida no laboratorio), calculados os resultados esperados e apresentadasas discussoes pertinentes. No caso deste relatorio, especificamente:

com os dados obtidos calcular velocidade media no tubo, a perda de carga total, emtermos de pressao. Utilizando o comprimento linear do tubo, estime a perda de cargadistribuda (com incerteza) e, a partir dela, determine a perda de carga localizada.

com os dados do item anterior e utilizando propagacao de incertezas, calcule o valordo coeficiente K em funcao do Reynolds. Compare com o valor da tabela. Paraestas mesmas situacoes determine qual seria o comprimento Leq para cada um destescomponentes, em funcao do Reynolds.

trace graficos do ReK em escala log-log tanto para o registro como para os coto-velos.(nao se esqueca da incerteza)

Conclusoes: apresente as conclusoes fundamentadas a partir do procedimento experimental,metodologia e resultados apresentados.

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