Laboratorio_04_Perda_de_Carga

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
MEC 1702 – MECÂNICA DOS FLUIDOS II 
 
 
 
LABORATÓRIO 04: PERDA DE CARGA 
 
 
 
Prof. Dr. Kleiber Lima de Bessa 
Jonhattan Ferreira Rangel 
Willyam Brito de Almeida Santos 
João Vinícius Moreira de Souza 
Lucas Cavalcante Grangeiro 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTRUÇÕES 
 
01 – Ler as instruções também faz parte do laboratório, qualquer descumprimento dos 
termos descritos não será justificado por não leitura, ou qualquer outro tipo de 
justificativa; 
 
02 – Para os laboratórios serão formados grupos que se manterão por todas as práticas 
seguintes; 
 
03 – O roteiro laboratorial deve ser lido antes do laboratório, e pelo menos um 
participante do grupo deve levá-lo impresso para a prática; 
 
04 – Qualquer tipo de cópia (internet, livros, relatórios dos semestres anteriores, etc.) 
sem referências, será considerado plágio, sujeito a zero no relatório; 
 
05 – Os relatórios devem seguir rigorosamente o template disposto no SIGAA, caso não 
seja seguido o mesmo estará sujeito à zero na nota; 
 
06 – O relatório deve ser entregue na data prevista, ressalvando apenas possíveis 
eventualidades que impeçam a entrega dos mesmos, com autorização do professor; 
 
07 – Pode utilizar softwares, imagens de livros e de autoria própria (fotos durante os 
experimentos), livros, etc. Obedecendo ao item 04, das instruções. 
INTRODUÇÃO 
 
Sistemas de bombeamento, e transporte de fluidos estão presentes no dia a dia de 
qualquer engenheiro mecânico. Sistemas de lubrificação, de transporte de combustíveis, 
bombeamento sanguíneo, abastecimento de água residencial e industrial, sistemas de 
refrigeração, entre outros. 
 
Para dimensionar esses sistemas, não podemos mais considerar o escoamento 
como sendo sem atrito (em muitos casos o regime também pode não ser permanente, 
nem ao longo de uma linha de corrente), desvalidando, por exemplo, o uso da equação 
de Bernoulli, que, em uma de suas hipóteses validadoras, não permite perdas (fluido 
sem viscosidade). 
 
Como os escoamentos reais possuem perdas, que em muitos casos são 
relativamente grandes, obrigando a utilização de dispositivos que cedam energia ao 
fluido (bombas, compressores, etc), uma nova análise da energia presente no sistema se 
faz necessária. 
 
 
 
 
 (1) 
 
 
 
 
Observe que o no sistema as energias não mais se conservam. Podemos 
adicionar ou retirar parte da energia do sistema através de determinados dispositivos, 
porem sempre haverá perda de energia durante o escoamento, devido à viscosidade do 
fluido e a rugosidade da tubulação, entre outros parâmetros. A chamada perda de carga. 
 
A perda de carga pode ser dividida em distribuída e localizada, sendo essas: 
 
 
 
 (2) 
 
 
 
 (3) 
 
 
 
Onde L = comprimento da tubulação, D = diâmetro da tubulação, v = velocidade; g = 
gravidade; f = fator de atrito; K = constantes de perda de carga localizadas (tabeladas). 
 
Existem diversas maneiras para determinar o fator de atrito (f). O método mais 
utilizado é o diagrama de Moody, onde relacionando a rugosidade aparente (e/D) e o 
número de Reynolds (Re) obtemos o fator de atrito do trecho em questão. Observe o 
diagrama: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fator de atrito para escoamento completamente desenvolvido em tubos circulares. (Dados de Moody [8], 
usados com permissão.) (FOX et al., 2014) 
 
 
Como visto nos laboratórios 2 e 3, os perfis de velocidade variam de acordo com 
o regime de escoamento, tendo formatos e características diferentes de acordo com o 
seu tipo. Observe que pelo diagrama de Moody, os diferentes tipos de escoamentos 
possuem diferentes funções que regem o fator de atrito, isso é evidenciado no 
comportamento das linhas. 
 
Para isso devemos nos atentar as regiões mais importantes no escoamento. Uma 
dessas regiões é a região de subcamada viscosa. O movimento do fluido confinado na 
subcamada viscosa é crítico para o escoamento como um todo. Nota-se que a condição 
de não escorregamento e a tensão de cisalhamento na parede ocorrem nessa região. 
Assim não é surpreendente que as propriedades do escoamento turbulento em condutos 
dependem bastante da rugosidade (diferente de escoamentos laminares) pequenas 
ranhuras na superfície do conduto podem afetar essa região, podem influenciar 
bruscamente o campo de escoamento. (MUNSON, 2004). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estrutura do escoamento turbulento num tubo: (a) tensão de cisalhamento e (b) velocidade 
média (MUNSON, 2004) 
 
OBS.: Para análise da espessura de subcamada viscosa, estudar a secção 8.3 do livro 
MUNSON, Bruce R., Fundamentos da Mecânica dos Fluidos / 4 ed., São Paulo: Edgard 
Blucher, 2004. 
 
OBJETIVO: 
 
 
 
 Coletar a pressão experimental do manômetro 03 ou 04 (escolhido pelo monitor) 
e comparar o resultado com o determinado analiticamente pelo seu grupo;
 Calcular a espessura de subcamada viscosa no trecho entre os manômetros 03 e 
04;
 Calcular a carga da bomba e seu rendimento através das pressões e alturas dos 
manômetros 01 e 02 e comparar com os dados obtidos através do fabricante;
 Verificar a ocorrência de cavitação no sistema;
 Traçar a linha de energia e linha piezométrica da válvula de pé e crivo até o 
manômetro 03.


Lembrando sempre de expor seus desenvolvimentos e as suas análises. 
 
 
 
MOTODOLOGIA EXPERMENTAL: 
 
Para o experimento utilizaremos: 
 
1. Bancada de bombeamento hidráulico; 
2. Béquer; 
3. Cronômetro; 
 
Com o circuito ligado será medida as pressões nos manômetros 1 (um) e 2 (dois) 
e com o béquer e um cronômetro determinar a vazão experimentalmente, através de 3 
medições diferentes. Para os cálculos de perda de carga as dimensões se fazem 
necessárias e essas estão descritas no ANEXO 01. 
DADOS COLETADOS 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 01 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 02 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 03 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 04 
 
VAZÃO 
 
ALTURA DA SUPERFÍCIE DO FLUIDO 
 
 
 
 
QUESTIONAMENTOS 
 
Após a aquisição dos dados deve-se calcular o valor da pressão no manômetro 
_______ e comparar com o resultado experimental coletado. Deve-se também 
determinar a espessura da subcamada viscosa entre os manômetros 3 e 4. Após á 
analise, descreva seus resultados e explique a coerência ou não coerência, de acordo 
com seus dados analíticos, experimentais e a literatura. 
ANEXO 
 
 
ELEMENTOS QUANTIDADE 
JOELHO 90º 4 
REDUTORES 2 
VÁLVULA GAVETA 1 
VÁLVULA PÉ E CRIVO 1 
 
 
 
 
 
DIÂMETROS DAS TUBULAÇÕES 
17 mm 
1’’ 
 
 
 
 
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
FOX, Robert W., McDonald, Alan T. e Pritchard, Philip J., Introdução à Mecânica dos 
Fluidos / 8 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2014. 
 
MUNSON, Bruce R., Fundamentos da Mecânica dos Fluidos / 4 ed., São Paulo: Edgard 
Blucher, 2004. 
 
 
BIOGRAFIA SUGERIDA 
 
WHITE, Frank M., Mecânica dos Fluidos, / 6 ed., Porto Alegre: AMGH, 2011. 
 
BRUNETTI, Franco, Mecânica dos Fluidos / 2 ed., São Paulo: Pearson Prentice Hall, 
2008. 
 
ÇENGEL, Yunus A. e Cimbala, John M., Mecânica dos fluidos: fundamentos e 
aplicações / 3 ed., Porto Alegre: AMGH, 2015.
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
MEC1702 – MECÂNICA DOS FLUIDOS 2 
 
 
RESULTADOS – PERDA DE CARGADATA ___/_____/______ 
 
GRUPO __________ 
 
_____________________________________________________________________________ 
 
_____________________________________________________________________________ 
 
_____________________________________________________________________________ 
 
_____________________________________________________________________________ 
 
_____________________________________________________________________________ 
 
_____________________________________________________________________________ 
 
 
 
DADOS COLETADOS 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 01 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 02 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 03 
 
PRESSÃO NO MANÔMETRO 04 
 
VAZÃO 
 
ALTURA DA SUPERFÍCIE DO FLUIDO