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ENGENHARIA QUÍMICA

1. Objetivo

� Determinar a partir de ensaios a perda de carga em tubos retos e válvulas.

2. Teoria

O dispositivo mais simples para medir pressões é o tubo piezométrico ou, simplesmente, piezômetro. Consiste na in-

serção de um tubo transparente na tubulação ou recipiente onde se quer medir a pressão. O líquido subirá na coluna piezo-

métrica a uma altura h, correspondente à pressão interna. Existem basicamente 03 tipos de piezômetros: piezômetro de

coluna vertical, de coluna inclinada e de tubo em U (manômetro).

O piezômetro apresenta três defeitos que o tornam de uso limitado:

1) A altura h, para pressões elevadas e para líquidos de baixo peso específico, será muito alta.

Exemplo: água com pressão de 1000000N/m² e cujo peso específico é 100000N/m³ formará uma coluna

h= p/y = 1000000/10000 = 10m

Logo, não sendo viável a instalação de um tubo de vidro com mais de 10m de altura, o piezômetro não

pode, nesse caso, ser útil. Nota-se então que esse aparelho só serve para pequenas pressões.

2) não se pode medir pressão de gases, pois eles escapam sem formar a coluna h.

3) não se pode medir pressões efetivas negativas, pois nesse caso haverá entrada de ar para o reservató-

rio, em vez de haver a formação de coluna h.

No caso de pressões muito grandes, o piezômetro é substituído com vantagem por um tubo em U, chamado de ma-

nômetro, no qual se coloca um líquido de peso especifico γ’ diferente do peso especifico γ do fluido do recipiente. O líquido

manométrico mais utilizado é o mercúrio.

Os manômetros diferenciais são utilizados entre dois pontos de um sistema em que se escoa um líquido. Dois pie-

zômetros colocados lado a lado podem funcionar como manômetros diferenciais.

3. Metodologia Experimental 3.1. Aparato Experimental

O esboço do sistema para se obter a perda de carga em tubo reto e válvulas pode ser visualizado na Figura 1.

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I

Eduardo Prado Baston

PRÁTICA – PIEZÔMETRO

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Figura 1. Sistema para se determinar a perda de carga em tubos retos e válvulas. 1) duto de sucção da bomba;

2) bomba; 3) motor da bomba; 4) duto de descarga ou recalque; 5) válvula de regulagem da vazão; 6) cotovelo

de 90°; 7) piezômetro, medidor de pressão, tubo vertical transparente para a leitura da carga de pressão; 8)

nível do líquido após o cotovelo (PVC), é inferior ao do piezômetro subseqüente em função da turbulência e

aumento da velocidade pela contração de veia fluida provocada pela singularidade (joelho); 9) nível no ponto

inicial de análise do trecho reto, P1/γ ; 10) nível no ponto final de análise do trecho reto P2/γ ; 11) diferença de

carga de pressão concernente à válvula (12) e as conexões de acoplamento; 12) válvula entre os tubos piezo

métricos para se determinar a sua perda de carga; 13) tomada com pressão negativa (entrando ar no tubo),

conseqüência da perda de carga no cotovelo; 14) descarga móvel para leitura da vazão pela técnica da massa

por unidade de tempo e 15) tanque de reciclo da água.

3.2. Procedimento Experimental

� Obter a perda de carga experimental entre os pontos 1 e 2 do tubo horizontal de comprimento L da Figura 1.

� Obter a diferença de carga de pressão concernente à válvula (12) da Figura 1 e as conexões de acoplamento.

� Determinar a vazão pela técnica da massa por unidade de tempo e pela técnica do vertedouro triangular

(vertedouro triangular com ângulo de 90°).

4. Cálculos e Análises dos Resultados

� Comparar a perda de carga experimental entre os pontos 1 e 2 do tubo horizontal de comprimento L e compará-lo

com a prevista por equações:

� Equação de Darcy

� Equação Darcy-Weisbach-Chézy

� Equação de Fair-Whipple-Hsiao

� Equação de Hazen-Williams

� Equação de Swamee

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� Discutir:

� A precisão na medida da vazão dos dois métodos.

� O fator de atrito definido por Darcy e defino por Fanning. Correlações de Colebrook, Churchill e Swamee. O

fator de atrito calculado a partir do diagrama de Moody

� Fazer memória de cálculo e colocar em anexo. Todos os cálculos realizados para a determinação da vazão, da perda

de carga e do fator de atrito devem estar claramente indicados no relatório.

� Fazer sugestões para melhorar o experimento.

5. Bibliografia [1] BASTOS, F. A. Problemas de Mecânica dos Fluidos.

[2] FOUST, A. S. WENZEL, L. A., CLUMP, C. W, MAUS, L., ANDERSEN, L. B. Princípios das Operações Unitárias. Segunda edição.

LTC, 1982.

[3] McCABE, W., SMITH, J. and HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical Engineering. 4ª Ed. New York, McGraw-Hill, 1985.

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