Perda de carga localizada

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4ª Aula Experimental – Perda de Carga Localizada:

1. Objetivo:

Verificar a perda de carga em um elemento singular e determinar o comportamento do coeficiente de resistência (KS) deste elemento.

2. Fundamentos Teóricos:

As instalações hidráulicas não são formadas unicamente de tubos e a inserção de elementos como curvas, reduções, válvulas e etc. vão ocasionar perdas de cargaadicionais. Torna-se bastante prático converter o efeito causado por uma singularidade em um coeficiente de resistência da tubulação. A equação da perda de carga em uma singularidade é dada por:

[pic] (eq. 1)

onde: hCL= perda de carga no elemento considerado;
KS = coeficiente de resistência ou perda de carga singular;
g = aceleração local da gravidade;
v = velocidade média deescoamento do fluido.

Comparando com a equação de Darcy-Weisbach:
[pic] (eq. 2)

Novamente, isto somente pode ser considerado verdadeiro para “Re” elevados.

3. Procedimento Experimental:
3.1. Preparação:

Instalar na tubulação de ¾’’ uma curva de 90º da linha M.U. e o tubo Venturi na outra. A medida da vazão será realizada através do tubo Venturi, com fizemos no 2º e 3º experimentos.Para medir as pressões na singularidade, conecte as duas mangueiras às tomadas de pressão na entrada e na saída do elemento (curva de 90º) e a duas das linhas do piezômetro (PC e PD). Esta será a perda de carga no elemento singular. Repita a operação para o tubo Venturi, conectando a duas das linhas do piezômetro (PA e PB).
No tubo Venturi, a vazão mássica será determinada por: [pic] (eq. 3)onde: ΔP= diferença de pressão entre os piezômetros (pA-pB);
ρ = massa específica do fluido em escoamento;
DO = diâmetro do tubo Venturi em seu estrangulamento;
β = fator diâmetro (D0/DT=0,48);
C = coeficiente de Descarga (QPrática/QTeórica=0,99).

Esta é a equação da curva de calibração e todos os termos constantes estão englobados em uma constante “K” a serdeterminada experimentalmente:

[pic] (eq. 4)

O diâmetro (D0) do estrangulamento é de 10mm e o diâmetro da tubulação (DT) é 20,83mm, a massa específica da água pode ser utilizada como ρ=1.10-3g/mm3 e a aceleração da gravidade local pode ser aferida como g=9,81.103mm/s2. O produto “ρ.g” terá valor de 9,81. A viscosidade cinemática da água (fluido utilizado no experimento) é, a 20ºC (temperaturaaproximada do experimento) “1,0cS” (1,0centiStoke=1,0.10-2Stokes=1,0.10-6m2/s). Note que “K” pode ser obtido teoricamente por:
[pic](g.mm)1/2

Na tubulação de ¾’’, entre os pontos “C” e “D” existirá uma curva de 90º e a medida de pressão dos piezômetros permitirá aplicar a equação de Bernoulli, conforme a figura e o desenvolvimento seguinte:
[pic](Fig. 1)
[pic] (Eq. 5)

Como atubulação é horizontal (hC=hD) e não apresenta alteração de diâmetro, com regime permanente (vC=vD), a equação “5” se reduz a:

[pic] (Eq. 6)

3.2. Ensaio:

Fechar totalmente o registro e ligar a bomba. Abra o registro vagarosamente acompanhando os piezômetros de Venturi. Pressurize os piezômetros se necessário. Abra o registro vagarosamente até que seja estabelecida a vazão máxima dainstalação, ou seja, atingido o limite da faixa dos piezômetros. Se pretender estender a escala, substitua o piezômetro por um manômetro Tubo em U com mercúrio como fluido manométrico. Atuar no registro varrendo toda a faixa e obtendo, no mínimo, 10 valores de PA, PB, PC e PD e calcular ΔP.
|Tabela 3.2.1. Coleta de pressões no tubo Venturi para determinação da vazão:|
|PA |
|Q |[pic] |v |[pic] |Re (x) |
|[pic] |m-2 |m/s...
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