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Este relatório apresenta um estudo experimental sobre a perda de carga em tubulações de pvc e cobre, utilizando três métodos distintos de cálculo: colebrook-white, hazen-williams e fair-hiple-hsao. O estudo foi realizado no laboratório de hidráulica do icta, utilizando a bancada hidráulica hd98, e os resultados obtidos foram analisados e comparados, evidenciando a influência das propriedades físicas dos materiais e das características do escoamento sobre a perda de carga.
Tipologia: Trabalhos
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Universidade Federal do Oeste do Pará Instituto de Engenharia e Geociências Bacharelado em engenharia mecânica RELATÓRIO DE PERDAS DE CARGA EM TUBULAÇÃO DE PV E COBRE Disciplina: Turbo Máquinas Professor: Msc Lazaro Silva Discente: Válber de Almeida Santarém-PÁ
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Onde: Q: Vazão média em metros cúbicos por segundo (m^3 /s) V: volume em metros cúbicos (m^3 ) T: tempo em segundos (s) Para determinara a perda de carga ao longo do tubo, foi usado as equações de Colebrook-White (1.2). (1.2) Onde: f: Fator de atrito de Darcy-Weisbach (adimensional) L: Comprimento do tubo (em metros, m). D: Diâmetro interno do tubo (em metros, m). v: Velocidade do fluido no interior do tubo (em metros por segundo, m/s). g: Aceleração da gravidade (em metros por segundo ao quadrado, m/s²) Hazen-Willians (1.3). Δ𝐻 = 10,643 ⋅ 𝐿 ⋅ ொభ,ఴఱ భ,ఴఱ⋅ర,ఴళ^
Onde: ΔH: Perda de carga (em metros de coluna de água, mca). L: Comprimento do tubo (em metros, m). Q: Vazão do fluido (em metros cúbicos por segundo, m³/s). C: Coeficiente de Hazen-Williams (adimensional). D: Diâmetro interno do tubo (em metros, m) Fair-Hiple-Hsao (1.4) 𝐽 = 0,0086 𝐿 ⋅ ொభ,ఴఱమ భ,ఴఱమ^
Onde:
J: Perda de carga por unidade de comprimento (em metros de coluna de água por metro de tubo, mca/m). L: Comprimento do tubo (em metros, m). Q: Vazão do fluido (em metros cúbicos por segundo, m³/s). D: Diâmetro interno do tubo (em metros, m). E apara determinar a diferença de pressão, usou-se a equação ΔP = p ∗ g ∗ h (1.5) Onde: ΔP: diferença de pressão em Pascal (Pa) p: densidade da água em quilogramas por m^3 (Kg/m^3 ) g: Aceleração da gravidade (em metros por segundo ao quadrado, m/s²) h: em metros de coluna de água (m.c.a)
Adicionando os valores numéricos, referentes as vazões calculadas (obtidas através da equação 1.1), nas mesmas equações, obtemos os seguintes resultados mostrados na tabela 5. Tabela 6: Perdas de cargas para as vazões calculadas Fonte: Autor O erro percentual entre as equações, é mostrado na tabela 6 Tabela 7: erro percentual entre as perdas de cargas Fonte: Autor Para a tubulação de cobre, o tempo médio cronometrado é mostrado na tabela 8 Tabela 8: Tempo médio para encher o tanque Fonte: Autor Ao adicionarmos os tempos na equação 1.1, obtemos a vazão (mostrada na tabela 9) de entrada no tubo de cobre. Colebrook [m.c.a] calculada Fair-Hiple-Hsao [m.c.a] calculada Hazen-Willians [m.c.a] calculada 0,1581189 0,1825676 0, 0,2398758 0,2629062 0, 0,3515584 0,3673335 0, PERDA DE CARGA CALCULADA PARA O TUBO DE PVC Média do tempo [s] 15, 14, 12, Colebrook Fair-Hiple-Hsao Hazen-Willians 29% 49% 28% 60% 75% 54% 84% 92% 73% ERRO % pvc [Pa]
Tabela 9: vazão na entrada do tubo de cobre Fonte: Autor O erro percentual entre as vazões da tabela 9 é mostrado na tabela abaixo. Tabela 10: Erro percentual entre a vazão observada no manômetro e a cronometrada Fonte: Autor Adicionando os valores numéricos das vazões obtidas nas equações (1.2), (1.3) e (1.4), determinamos as perdas de carga para as vazões apresentadas na tabela 9, como mostra a tabela a seguir. Tabela 11: Perdas de carga para o tubo de cobre Fonte: Autor Vazão [L/h] Vazão[M^3/s] (^) vazão calculada [M^3/s] vazão calculada [L/h] 3500 0,000972222 0,001025835 3693, 4000 0,001111111^ 0,001152975^ 4150, 4500 0,00125^ 0,001286957^ 4633, Colebrook [m.c.a] Fair-Hiple-Hsao [m.c.a] Hazen-Willians [m.c.a] 3,100762596 3,139919345 3, 0 3,966472062 5, 5,125750415 4,87440167 6, Colebrook [m.c.a] calculada Fair-Hiple-Hsao [m.c.a] calculada Hazen-Willians [m.c.a] calculada 3,452171613 3,449168175 4, 4,360907121 4,231684424 5, 5,433318694 5,129388249 6, PERDAS DE CARGA NO TUBO COBRE PERDAS DE CARGA CALCULADAS NO TUBO COBRE erro vazão 6% 4% 3%
CENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos Fluidos: Fundamentos e Aplicações. 4ª ed. McGraw-Hill, 2020. FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 9ª ed. LTC, 2019. MUNSON, B. R.; YOUNG, D. F.; OKIISHI, T. H. Fundamentals of Fluid Mechanics. 7th ed. Wiley, 2013. WHITE, F. M. Fluid Mechanics. 8th ed. McGraw-Hill, 2011.
