Máquinas Hidráulicas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA

FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO

CURSO ENGENHARIA MECÂNICA

MARKUS GONÇALVES

MATEUS BUENO

NICOLAS SANTOS

RAFAEL FIGUEREDO

ROBSON DE SOUZA ESPOSTE

SABRINA CHAGAS RIBEIRO KALKS FIRMINO

VICTOR SAMPAIO

WEVERTON MAMEDE

DISCIPLINA: MÁQUINAS HIDRÁULICAS

Belo Horizonte

2016

Markus Gonçalves

Mateus Bueno

Nicolas Santos

Rafael Figueredo

Robson de Souza Esposte RA: 11311221[pic 2]

Sabrina Chagas Ribeiro Kalks Firmino RA: 11311247

Victor Sampaio

Weverton Mamede

AULA PRÁTICA 1: PERDA DE CARGA

Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Máquinas Hidráulicas, no curso de Engenharia Mecânica, no centro Universitário Newton.

Prof. Handerson

Belo Horizonte

2016

1. INTRODUÇÃO

Perda de carga é um conceito muito importante principalmente quando se deseja estudar escoamentos em tubulações e equipamentos. Pode ser defina como a perda de energia que o fluido sofre durante o escoamento em uma tubulação, ou seja, o atrito entre o fluido, a tubulação e seus acessórios, quando o fluido se encontra em movimento.  Essa resistência ao escoamento pode ser maior ou menor devido a diversos fatores, tais como: quantidade de acessórios, viscosidade do fluido, material do tubo, comprimento e diâmetro da tubulação, velocidade e tipo de escoamento.

A partir desses fatores temos:

● Quanto maior a quantidade de acessórios, conexões e/ou registros no trecho analisado, maior a perda de carga.

● O comprimento da tubulação é diretamente proporcional a perda de carga, ou seja, quanto maior o comprimento, maior a perda.

● Em contrapartida temos o diâmetro inversamente proporcional, o que nos mostra que quanto maior o diâmetro, menor a perda de carga.

● Quanto maior a velocidade do fluido, que influencia diretamente no tipo de escoamento (laminar ou turbulento), maior a perda de carga.

● Tubos com paredes rugosas, causam maior turbulência. A rugosidade depende do material do fluido, o que varia de acordo com a natureza do tubo utilizado.

● Por fim, a viscosidade, ou seja, o atrito intermolecular do fluido que também irá influenciar a perda de carga do sistema. Logo, fluidos com viscosidades diferentes vão ter perdas de carga distintas ao escoar dentro de uma mesma tubulação.

As perdas de carga podem ser de dois tipos: distribuídas ou localizadas.

As perdas de carga distribuídas ocorrem em trechos de área constante do sistema, ou seja, trecho de tubulação retilínea com diâmetro constante. Se houver variação do diâmetro ao longo do tubo, acarretará uma mudança no valor da perda de carga.

As perdas de carga localizadas ou acidentais ocorrem nas conexões, válvulas, registros e nas saídas de reservatórios, ou seja, em trechos de áreas variáveis do sistema. Essas peças provocam turbulências, o que altera a velocidade do fluido, aumentando o atrito e causam maiores choques das partículas do fluido, consequentemente, influenciando na perda de carga do sistema.

As principais consequências das perdas de carga são:

● Queda de pressão global;

● Gasto com energia suplementar com bombeamento, no recalque.

O relatório a seguir irá promover uma comparação entre os resultados obtidos experimentalmente de perda de carga com aqueles vistos em teoria, evidenciando o comportamento do fluido em tubos de diferentes materiais e as consequências da perda de carga para o sistema.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Segundo Azevedo Netto (1998) tubos são condutos utilizados para transportar fluidos, geralmente de seção transversal circular. Podendo ser classificados em condutos forçados onde a pressão atuante no fluido é maior que pressão atmosférica, fazendo com que o fluido escoe em toda a área da seção transversal e também condutos livres em que a pressão atuante é igual à atmosférica e o fluido escoe parcialmente em toda a área de seção circular.

Como o escoamento dos fluidos nos condutos era muito desconhecido, Osborne Reynolds teve o interesse em observar este comportamento dos fluidos. Ele desenvolveu um equipamento para analisar os fluidos, que consistia em um tubo transparente inserido em um recipiente com paredes de vidro e na entrada do tubo têm-se um ponto de introdução de um corante e uma torneira para regulagem da vazão. Após inúmeros testes com este equipamento, Reynolds chegou à seguinte conclusão: que trabalhando com diferentes diâmetros e temperaturas, o melhor critério para se determinar o tipo de movimento em uma canalização não se prende exclusivamente à velocidade, mas ao valor de uma expressão sem dimensões, na qual se considera, também, a viscosidade do líquido.

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Onde:

Re: número de Reynolds

v: velocidade do fluido (m/s)

D: diâmetro da canalização (m)

μ: viscosidade cinemática (m2/s)

Se o escoamento obtiver Re menor que 2000, o movimento das camadas do fluido será em forma laminar. Se o Re maior que 4000, o movimento das camadas do fluido será desordenadas (turbulento).

Através dos tipos de escoamentos das tubulações, denomina-se perda de carga de uma instalação a resistência oferecida pelas tubulações e acessórios ao escoamento do fluído. No estudo dos fluidos em movimento, a viscosidade é um importante fator a ser considerado. Segundo AZEVEDO NETTO (1998, p. 114):

Quando, por exemplo, um líquido flui de (1) para (2), na canalização indicada na Fig. 7.9, parte da energia inicial se dissipa sob a forma de calor; a soma das três cargas em (2) (teorema de Bernoulli) não se iguala à carga total em (1). A diferença h, que se denomina perda de carga, é de grande importância nos problemas de engenharia e por isso tem sido objeto de muitas investigações.

Segue abaixo a figura que descreve a situação acima:

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Figura 7.9  - Perda de Carga

Quando o escoamento se faz em regime laminar, a resistência é devida à viscosidade. Ainda que essa perda de energia seja designada como perda por atrito, não se deve supor que ela seja devida a uma forma de atrito. Não há movimento do fluido nas paredes dos tubos. A velocidade se eleva de zero até o seu valor máximo junto ao eixo do tubo. Sendo assim, é possível imaginar uma série de camadas em movimento, com velocidades diferentes e responsáveis pela dissipação da energia. Quanto ao escoamento em regime turbulento, a resistência é o efeito das forças devidas à velocidade e à inércia. A distribuição de velocidades na canalização depende diretamente da turbulência sendo influenciada pelas condições das paredes do tubo.