Esvaziamento de tanques

Universidade Federal do Paraná
Departamento de Engenharia Química
Fenômenos de Transporte Experimental I

Esvaziamento de tanques

OBJETIVO
O objetivo da presente prática é analisar o esvaziamento de um tanque por um duto, visando comparar a variação da altura do tanque, teórica e experimental, com o tempo de escoamento e determinar o coeficiente de descarga para cada duto.

1. PROCEDIMENTO
A prática ocorreu da seguinte forma: adicionou-se água em um tanque com um duto próximo ao fundo. Mediu-se a altura inicial do fluido e estabeleceu-se um ponto de “altura zero”. Ao abrir o duto, mediu-se a altura do nível de água a cada período de tempo especificado para cada tubulação.

2. CÁLCULOS E GRÁFICO

A fim de calcular a altura teórica , calculou-se o balanço de energia para o volume de controle do experimento:

(1)
Onde
Δv – variação da velocidade (m/s); g – aceleração da gravidade (9,81 m/s2);
Δz – variação da altura (cm);
ΔP – variação da pressão (Pa); ρ – densidade do fluido (água = 1000 kg/m3); lwt – perda de carga total (m2/s2); Convencionou-se o ponto 1 como a superfície do líquido no tanque e o ponto 2 como a saída do duto. A velocidade em 1 pode ser considerada zero, e a variação da pressão também pois em ambos os pontos a pressão é a atmosférica. A perda de carga total é a soma da perda de carga localizada e a distribuída (respectivamente):

(2)
Onde
f - fator de atrito (-);
L – comprimento do duto (m);
D – diâmetro do duto;
K – coeficiente de vazão (-). Substituindo a perda de carga total na equação do balanço de massa, multiplicando por g, convencionando Δz = h e resolvendo para v2:

(3) Considerando que:

Em que (4)
Q – vazão volumétrica (m3/s); a – área do duto (cm2);
Pode-se escrever da seguinte forma

Onde (5)
A – área do tanque (cm2).
Substituindo (5) em (3):

(6)
Separando as variáveis