INSTRUÇÕES GERAIS

Prévia do material em texto

INSTRUÇÕES GERAIS 
 
1. Neste experimento, você irá verificar a perda de carga localizada em diferentes acessórios.
2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual.
3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial” presente neste Roteiro.
4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”.
5.Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação dos Resultados”.
 
RECOMENDAÇÕES DE ACESSO
 
DICAS DE DESEMPENHO
Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais, siga as seguintes dicas de desempenho:
· Feche outros aplicativos e abas: Certifique-se de fechar quaisquer outros aplicativos ou abas que possam estar consumindo recursos do seu computador, garantindo um desempenho mais eficiente.
· Navegador Mozilla Firefox: Recomendamos o uso do navegador   Mozilla Firefox, conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores, proporcionando uma navegação mais fluida.
· Aceleração de hardware: Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais.
· Requisitos mínimos do sistema: Certifique-se de que seu computador atenda aos requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais. Essa informação está disponível em nossa Central de Suporte.
· Monitoramento do sistema: Utilize o Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) para verificar o uso do disco, memória e CPU. Se estiverem em 100%, considere fechar outros aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho.
· Teste de velocidade de internet: Antes de acessar, realize um teste de velocidade de internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais.
· Atualizações do navegador e sistema operacional: Mantenha seu navegador e sistema operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos laboratórios.
 
 
PRECISA DE AJUDA?
 
Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas, visite nossa Central de Suporte para encontrar artigos de ajuda e informações para usuários. Acesse a Central de Suporte através do link: https://suporte-virtual.algetec.com.br
Se preferir, utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado para a Central de Suporte. Estamos aqui para ajudar! Conte conosco!
                                 
 
DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO
 
MATERIAIS NECESSÁRIOS
 
·       Bancada de Mecânica dos Fluidos e Bombas (AG-MFB).
 
PROCEDIMENTOS
 
1.     POSICIONANDO AS VÁLVULAS
 
Configure as válvulas de forma que o escoamento passe apenas pela linha 5. Além disso, as válvulas das bombas devem estar em paralelo, sendo que as válvulas A1, B1 e B2 necessitam estar abertas e a válvula A2 deve estar fechada.
 
2.     LIGANDO A BANCADA
 
Conecte as mangueiras de tomada de pressão do manômetro digital no acessório em que deseja medir a perda de carga e habilite as bombas no painel elétrico. Aumente a vazão através do potenciômetro e ligue o sistema.
 
3.     REALIZANDO AS MEDIÇÕES
 
Varie a vazão do potenciômetro verificando a perda de carga do acessório no manômetro digital, além da vazão e pressão através dos outros instrumentos.
 
4.       AVALIANDO OS RESULTADOS
 
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados” e responda de acordo com o que foi observado nos experimentos, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.
 
 
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
 
 
1.     Analise os dados para cada acessório e construa o gráfico Vazão x Perda de carga para cada um deles.
 
 
 
2.     Quais as principais fontes de erro para esse experimento? A discrepância foi grande entre os valores teóricos e experimentais?
 
 
 
TUTORIAL
 
1.     POSICIONANDO AS VÁLVULAS
 
Feche as válvulas de controle das linhas 1, 2, 3, 4, 6 e 7 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas.
 
 
2.     POSICIONANDO AS VÁLVULAS
 
Conecte o manômetro digital clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele, e selecione o tubo indicado.
 
 
Visualize o painel elétrico clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Painel Elétrico” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela. 
 
 
Habilite as duas bombas clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as chaves indicadas.
 
 
Habilite o popup do controle de vazão clicando com o botão direito do mouse sobre a chave indicada.
 
 
Aumente a vazão clicando e segurando o botão esquerdo do mouse sobre o local indicado e arraste para a direita.
 
 
Ligue o sistema clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o botão "Liga".
 
 
 
3.     REALIZANDO AS MEDIÇÕES
 
Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada”.
 
 
Habilite o popup do manômetro digital clicando sobre ele com o botão direito do mouse.
 
Repita o procedimento anterior para habilitar os popups do manômetro principal e do rotâmetro.
 
 
Altere a vazão clicando com o botão esquerdo do mouse e arrastando, e realize as novas medições.
 
 
4.     AVALIANDO OS RESULTADOS
 
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados”, e responda de acordo com o que foi observado no experimento, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.
PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA
 
 
O estudo da mecânica dos fluidos tem se tornado cada vez mais importante, principalmente por conta do crescimento populacional e necessidade de construção de grandes sistemas de distribuição de água, além do avanço da automação na indústria, que demanda um conhecimento mais apurado dos parâmetros pertinentes de um sistema hidráulico.
Devido à viscosidade do fluido e seu atrito com as paredes internas da tubulação, há uma transformação contínua de energia de pressão em energia térmica e sonora entre duas seções de um tubo, durante o escoamento. Essa dissipação de energia mecânica é chamada de perda de carga.
Por se tratar de um fenômeno que ocorre em todo tipo de escoamento, laminar ou turbulento, e para qualquer tipo de fluido, o estudo da perda de carga em tubulações se torna imprescindível para o conhecimento técnico de uma instalação hidráulica, seja com fins de manutenção, operação ou projeto.
 
1. TIPOS DE ESCOAMENTO
 
O experimento de Reynolds foi o primeiro a demonstrar a existência de 2 tipos principais de escoamento, laminar e turbulento. O objetivo era visualizar o padrão de escoamento da água utilizando um corante, controlando a vazão de água através de uma válvula. No escoamento laminar, o fluido se move em camadas ou lâminas, uma escorregando sobre a outra adjacente. Já no turbulento, as partículas apresentam movimento caótico, com a velocidade apresentando componentes em todas as direções.
A figura 1 demonstra os tipos de escoamento, sendo eles laminar, transição e turbulento.
Figura 1 – Tipos de escoamento
 
O número adimensional de Reynolds permite associar um valor numérico ao tipo de escoamento, e é muito utilizado nos projetos de sistemas hidráulicos e aerodinâmicos, principalmente. Existem 3 faixas para o número de Reynolds no escoamento interno, como se segue:
· Escoamento Laminar: Re 4000
 
O Número de Reynolds é calculado por: 
Re=(V.D)/υ
Onde:
V é a velocidade do escoamento;
 D é o diâmetro interno tubo;
  υé a viscosidade cinemática do fluido;
 
No entanto, velocidade está relacionada à vazão volumétrica do sistema (Q ):
Q=V.A
V=(4.Q)/(π.D2) 
Substituindo a equação (3) em (1), tem-se:
Re=(4.Q)/(π.D.υ)
Em complemento, o número de Reynolds é utilizado ainda na obtenção do fator de atrito (f) para cálculo da perda de carga em tubulações, como será visto nas seções seguintes.
 
2. PERDA DE CARGA
 
Um dos parâmetros de maior interesse no estudo do escoamento em tubulações é a perda de carga ou queda de pressão, devido aofato dela estar diretamente relacionada com a potência de bombeamento necessária em um sistema hidráulico. A perda de carga geralmente é segregada em 2 tipos, sendo eles a perda distribuída ou contínua e a localizada. As variáveis que influenciam na queda de pressão são a viscosidade do fluido, a velocidade do escoamento, o comprimento, diâmetro e a rugosidade do conduto.
Para que possamos mensurar a importância do conhecimento técnico a respeito deste assunto, utilizando como exemplo uma instalação industrial, a potência necessária de bombeamento para uma determinada vazão (no escoamento laminar) em um sistema poderia ser reduzida em 16 vezes, caso empregássemos uma tubulação com diâmetro 2 vezes maior. Tendo em vista a necessidade de redução de custos que é exigida nas empresas, atrelando a economia de energia elétrica obtida neste exemplo com a análise do custo relacionado ao aumento do diâmetro da tubulação, poderíamos ter um grande impacto positivo, nos quesitos financeiro e de sustentabilidade. O conhecimento técnico adquirido neste laboratório didático possibilita análises como esta.
A figura 2 mostra visualmente o exemplo supracitado.
Figura 2 – Exemplo de aplicação dos conceitos da mecânica dos fluidos
 
3. PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA
 
No escopo da perda de carga em tubulações, a principal a ser levada em consideração, especialmente na fase de projeto de instalações, é a queda de pressão distribuída ou contínua. Isto porque seus efeitos negativos são muito mais pronunciados do que os efeitos da perda de carga localizada, aumentando conforme o comprimento duto se torna maior.
Para que a análise de um sistema de tubos seja facilmente visualizada, a perda de carga normalmente é expressa em altura de coluna de fluido, sendo a água o mais utilizado. A unidade mais empregada neste caso seria m.c.a (metros de coluna d’água), o que facilita a comparação com as curvas de operação de bombas, normalmente expressas na mesma unidade.
A perda de carga distribuída é calculada por:
Hc=fL/DV¯2/2g
Onde:
Hc é a perda de carga distribuída;
̅̅V ̅^ é a velocidade média do escoamento;
D é o diâmetro interno da tubulação;
 L é o comprimento da tubulação;
 f é o fator de atrito de Darcy-Weisbach;
 g é a aceleração da gravidade (aproximadamente 9,81 m/s²).
 
O fator de atrito de Darcy-Weisbach é uma homenagem aos 2 engenheiros que mais contribuíram para o seu desenvolvimento, e é função do número de Reynolds (Re) e da rugosidade relativa (e⁄D). Em alguns casos, f pode ser função apenas do número de Reynolds ou da rugosidade relativa. A relação entre o Número de Reynolds, o fator de atrito e a rugosidade relativa é mostrada na figura 3 no Diagrama de Moody. A tabela para valores de rugosidade para tubos comerciais novos também é fornecida.
Figura 3 – Diagrama de Moody
Tabela 1 – Rugosidade (e)  em tubos comerciais novos
Alternativas à utilização da equação geral para perda de carga distribuída, outras formulações foram desenvolvidas por diversos autores para casos específicos, como se segue:
· Regime laminar em tubo circular: Para esses casos o fator de atrito depende somente do Número de Reynolds e pode ser determinado pela seguinte equação:
flaminar=64/Re
· Regime de transição e turbulento: Para estes casos, teremos as seguintes equações:
Equação de Blasius:Para escoamento de transição e turbulento em duto liso (PVC, acrílico, vidro), onde o fator de atrito é dependente apenas do número de Reynolds. Válida para 2300 ≤Re≤105.
 〖〗〖〗f=0,3164/〖Re〗0,25
Equação de Colebrook-White:Para a região turbulenta em um tubo rugoso, onde “f”  é função de Re e da rugosidade relativa. Aplicável para o intervalo: 2300 4000, o escoamento é considerado turbulento.
Para o ferro fundido, a rugosidade  vale 0,26mm (vide tabela 1). Portanto, para o caso em questão, sua rugosidade relativa é:
 
 e/D=  0,26mm/100mm= 0,0026
 
Podemos agora calcular o fator de atrito (f).
Considerando o valor do número de Reynolds, poderíamos utilizar a equação de Blasius. Porém, o duto de ferro fundido não é considerado liso, o que impede que a equação seja empregada.
Ainda assim calcularemos f para comparação posterior:
 
〖〗〖〗〖〗〖〗f=0,3164/〖Re〗0,25=0,3164/〖25388,63〗0,25 = 0,025
 
Uma outra possibilidade é empregar a equação de Colebrook-White, que tem seus limites de aplicação respeitado pelo valor de Reynolds.
Utilizando um software de cálculo matemático e realizando a iteração, o valor encontrado para o fator de atrito foi 0,0298.
Para validar este resultado, empregaremos o Diagrama de Moody, que permite obter o valor de “f” para qualquer caso.
 
Figura 4 – Diagrama de Moody com fator de atrito em destaque
 
Partindo do número de Reynolds (25388,63 ou aproximadamente 2,5x104) devemos interpolar uma curva intermediária para a Rugosidade Relativa, já que não existe uma curva para (e⁄D)=0,0026. Na figura 4, a curva visualmente interpolada se encontra em destaque, bem como sua intersecção com Re = 2,5x104. Com isso, o fator de atrito encontrado é 0,03 (muito próximo ao encontrado na equação de Colebrook-White. Verificamos ainda, como esperado, que a Equação de Blasius não é válida para este caso.
Agora podemos calcular a perda de carga distribuída no escoamento:
 
Hc=fL/DV¯2/2g = 0,03
〖〗〖〗300/0,1〖0,25〗2/(2x9,81) = 0,287m
image3.png
image4.png
image5.png
image6.png
image7.png
image8.png
image9.png
image10.png
image11.png
image12.png
image13.png
image14.png
image15.png
image16.png
image17.png
image18.jpeg
image19.png
image20.png
image1.png
image2.png