Aula 6 –Condutos Forçados e Perdas de Carga (parte 1), Notas de aula de Materiais

Baixe Aula 6 –Condutos Forçados e Perdas de Carga (parte 1) e outras Notas de aula em PDF para Materiais, somente na Docsity!

Aula 6 – Condutos Forçados

e Perdas de Carga (parte 1)

n m

D

L V

hf K

 São canalizações em que o escoamento ocorre a uma pressão diferente da pressão atmosférica.  - Sempre fechados e escoamento com seção completamente cheia  Escoamento por gravidade ou bombeamento

Condutos forçados

Condutos forçados

Histórico - escoamento de líquidos em condutos forçados ❖ Perdas de carga são proporcionais à velocidade de escoamento

• Gotthilf Heinrich Ludwig HAGEN (Prússia, 1830 ): hf a V
• Jean-Louis-Marie POISEUILLE (França, 1840 ): hf a V n ; n  2

Experimento de Osborne Reynolds (1883) Fonte: Manchester School of Engineer (http://www.mace.manchester.ac.uk)

 Reynolds observou que:  V < V crítica → corante retilíneo e a trajetória das partículas não se misturava  As partículas fluidas apresentam trajetórias bem definidas e não se cruzam NR < 2. 000 → Regime laminar Regime laminar

 V > V crítica → corante se misturava em um movimento desordenado  Trajetórias das partículas são desordenadas NR > 4. 000 → Regime turbulento

REGIME TURBULENTO

Limites de velocidade

Limites de velocidade em escoamento de líquidos

• Mínimo: evita sedimentação de partículas Água não tratada: 0 , 4 m/s Esgoto: 0 , 6 m/s Água tratada: sem limite mínimo
• Máximo: evita perda de carga excessiva e desgaste prematuro de condutos V ≤ 2 , 5 m/s Medida prática: V max = 2 , 0 m/s

Exemplo:

 Qual o regime de escoamento da água a 20 °C em um conduto de Ø = 0 , 05 m com uma velocidade de 1 m s

• 1 ? água 20 °C = 10
• 6 = 0 , 000001 m 2 s
• 1  Qual deveria ser a velocidade de escoamento do exemplo anterior para que o regime se tornasse laminar? (Regime laminar: Re ≤ 2000 ) 

PERDA DE CARGA hf

 Movimento laminar: perda devido à força de viscosidade (atrito interno)→ resistência ao deslizamento  Movimento turbulento: perda devido à ação conjunta da viscosidade e da inércia (atrito interno e externo)→ resistência ao deslizamento, movimento desordenado e choque entre as moléculas.  Princípio de Lavoisier: perda de carga = energia transformada em calor

PERDA DE CARGA hf

→

PERDA DE CARGA hf

Perda de carga é:

 Diretamente proporcional ao comprimento da canalização (L)  Diretamente proporcional à uma potência da velocidade (V m → Q m )  Inversamente proporcional a uma potência do diâmetro (D n )  Dependente da natureza das paredes do tubo (em regime turbulento)(constante de proporcionalidade = K)  Independente da posição do encanamento (para escoamento permanente)  Independente da pressão que o fluído escoa

PERDA DE CARGA AO LONGO DO CONDUTO J = hf L = K 1 D n V m Perda de carga unitária

f é o coeficiente de atrito (adimensional) → Número de Reynolds (NR) → Rugosidade relativa Diagrama de Moody

Fórmula Universal

2 g V D L hf f 2 =          D