A Perda de Carga Localizada

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UNIFEI

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

Laboratório de Fenômenos de Transporte II

Leonardo de Paula Camargo 33878 – EPR

Professor: Vladimir Rafael Cobas

Laboratório 2

Perda de Carga Localizada

Itajubá, 23 de Setembro de 2016

1 – INTRODUÇÃO

O escoamento em uma tubulação pode exigir a passagem do fluido através de vários acessórios, curvas ou mudanças súbitas de área. Perdas de carga são encontradas, sobretudo, devido à separação do escoamento. As perdas localizadas são originadas pelas variações bruscas da geometria do escoamento, como mudanças de direção ou da seção do fluxo. São usuais em instalações com curvas, válvulas, comportas, alargamentos ou estreitamentos, entre outros.

Este ensaio permite medir e analisar as diversas perdas de cargas quando passa por variações geométricas em uma tubulação. Para analisar as parcelas perdas de cargas localizadas, foram variadas a pressão e a vazão com que o fluído, nesse caso água, de modo a compreender melhor o comportamento dessas parcelas quanto à vazão e a variação de área no tubo.

2 – OBJETIVOS

Determinar os coeficientes de perda de carga localizada do escoamento através de diferentes conectores de tubo, incluindo curvaturas, uma contração, uma expansão e uma válvula de gaveta.

3 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A perda localizada ocorre sempre que um acessório é inserido na tubulação, seja para promover a junção de dois tubos, ou para mudar a direção do escoamento, ou ainda para controlar a vazão. A ocorrência da perda de carga é considerada concentrada no ponto provocando uma queda acentuada da pressão no curto espaço compreendido pelo acessório.

O acessório tem sua perda de carga localizada calculada através do produto de um coeficiente característico pela carga cinética que o atravessa. Cada tipo de acessório tem um coeficiente de perda de carga característico, normalmente indicado pela letra K.                A equação da energia mecânica em escoamentos permite calcular as perdas de carga (hl):

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A perda de energia que ocorre em um conector de tubo (chamada de perda secundária) é normalmente expressa em termos de uma perda de carga (h, metros) sob a forma:

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Onde K é o coeficiente de perda e v é a velocidade média do fluxo dentro da conexão.

Devido à complexidade do fluxo em muitas conexões, K é geralmente determinado por experimento. Para o experimento com conectores de tubos, a perda de carga é calculada a partir de duas leituras manométricas, tomadas antes e depois de cada conexão, e K é então determinado como:

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Devido à alteração na área de secção transversal do tubo através da expansão e contração, o sistema apresenta uma         alteração adicional na pressão estática. Essa alteração pode ser calculada como:

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Para eliminar os efeitos dessa alteração de área nas perdas de carga medidas, esse valor deve ser adicionado às leituras da perda de carga na expansão e na contração.

Observe que (h1 – h2) será negativo para a expansão e  será negativo para a contração.[pic 6]

A velocidade que falta v2 para a expansão (que é v1 para a contração) será calculada utilizando a equação de continuidade:

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Sendo que os diâmetros são: Diâmetro interno da tubulação         d = 0,0183        m e Diâmetro interno da tubulação na saída da expansão e entrada de contração = 0,0240        m.

Para o experimento com a válvula de gaveta, a diferença de pressão antes e depois de esta é medida diretamente utilizando um manómetro. Isto pode, então, ser convertido em perda de carga equivalente, utilizando a equação:

1 bar = 10,2 m de água

Logo o coeficiente de perda K para a válvula de gaveta pode ser calculado da mesma forma que para as outras conexões acima.

O número de Reynolds é um número adimensional utilizado para comparar as características do escoamento e será também utilizado nesta experiência. O número de Reynolds pode ser calculado usando a equação a seguir. O valor da viscosidade cinemática v encontra-se na tabela ao final de este roteiro.

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4 – DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

        4.1 – Materiais

        

• Bancada Hidráulica do LFT para medir a vazão volumétrica pela coleta de volume por tempo.

• Aparato de Perdas de Energia em Curvaturas e Conexões do LFT.

• Um cronômetro para determinar a taxa de fluxo da água.

        4.2 – Métodos

Montou-se o aparato de perdas na bancada hidráulica de modo que sua base estivesse na horizontal (isso é necessário para medições da altura exata a partir dos manômetros). Conectou-se então a entrada do equipamento de ensaio na fonte de alimentação de fluxo da bancada, e foi posicionado o tubo de extensão de saída no tanque volumétrico e fixou-o.

Abriu-se a válvula da bancada, a válvula de gaveta e a válvula de controle de fluxo e ligou-se a bomba para encher o equipamento de ensaio com água. Para purgar o ar dos pontos de tomada de pressão e dos manômetros, fechou-se a válvula da bancada e a válvula de controle de fluxo do equipamento de ensaio, abriu-se então o parafuso de purga de ar e removeu-se a tampa da válvula de ar adjacente. Foi conectada uma extensão de tubagem de diâmetro pequeno a partir da válvula de ar até o tanque volumétrico. Então foi aberta a válvula da bancada e permitiu a vazão pelos manômetros para purgar todo o ar contido neles; em seguida, apertou-se o parafuso de purga de ar.