Mecânica dos Fluidos - EXPERIMENTAL 005

Mecânica dos Fluidos - EXPERIMENTAL 005

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

Campus I - Centro de Tecnologia

Disciplina: Mecânica dos Fluidos

Período 2013.1

RELATÓRIO – EXPERIMENTAL 05

EQUIPE:

João Pessoa

Agosto/2013

  1. INTRODUÇÃO

A experiência sobre atrito em tubos lisos estuda a perda de carga em tubos lisos . Para poder analisá-la utiliza-se a equação de Bernoulli:

Um caso especial em que o tubo é horizontal e de seção constante, hl é chamada de perda de carga linear.

Através dessa análise, obtém-se o coeficiente de atrito (f) experimental, utilizando a equação de Darcy:

Para utiliza - la no cálculo da perda de carga em escoamentos turbulentos. Comparando-se, em seguida os resultados encontrados para o coeficiente de atrito (fórmula acima) e o coeficiente determinado pela Lei de Blasius:

Equação de Blausius: utilizada para Re < 105 em tubos lisos.

Em seguida mais uma relação para obtenção do coeficiente de atrito: a Fórmula de Colebrook – White, utilizada para tubos lisos e rugosos. Esta equação é a base de construção do diagrama de Moody:

  1. OBJETIVO

O relatório tem como objetivo principal analisar as perdas de carga em escoamentos, em tubos lisos.

  1. PROCEDIMENTO

Tiramos o ar existente nas tubulações, e logo em seguida anotamos o peso do balde, que no nosso caso foi de 350 gramas, depois conectamos os tubos plásticos na tomada de pressão do tubo de diâmetro 22,5 mm e fechamos a válvula do outro tubo.

Fazemos cinco leituras das perdas de cargas no manômetro para cinco vazões diferentes e para cada uma delas desviamos o fluxo do reservatório para o balde, recolhendo aproximadamente 3/4 do seu volume, quando o fluxo é desviado o cronômetro é acionado para medirmos o tempo levado para o recolhimento desse volume d’água e por fim pesa-se o balde com a água.

Por fim repetem-se todos os passos do procedimento para o tubo de diâmetro 20,5 mm

Esquema da aparelhagem:

  1. RESULTADOS

Conforme o procedimento visto anteriormente, os dados obtidos e calculados do ensaio na experiência em questão estão fixados nas tabelas a seguir:

Bocal 01: ø 25,2mm e 4,985 x 10-4 m2

Tubo de diâmetro (mm) :

25,2

 

 

Área do Tubo (m²):

0,0004985

 

 

 

 

 

h (mmH2O)

massa bruta (Kg)

masa líquida (Kg)

V (m3)

t (s)

Q (m3/s)

v (m/s)

T (ºC)

n

Re

Log(Re)

fdarcy

Log (fdarcy)

f Blasius

Log (fBlaisius)

16,5

7,100

6,790

0,006819

4,50

0,001515

3,026819

31,0

8,01E-07

9,52E+04

4,978809

0,000445

-3,351862

0,017988

-1,74501511

8,6

7,260

6,950

0,006980

5,34

0,001307

2,610795

31,0

8,01E-07

8,21E+04

4,914595

0,000312

-3,506421

0,018665

-1,728961681

7,9

7,100

6,790

0,006819

6,75

0,001010

2,017880

31,0

8,01E-07

6,35E+04

4,802718

0,000479

-3,319537

0,019907

-1,700992295

2,5

7,200

6,890

0,006920

9,15

0,000756

1,510523

31,0

8,01E-07

4,75E+04

4,676950

0,000271

-3,567688

0,021402

-1,669550327

0,5

7,250

6,940

0,006970

18,94

0,000368

0,735036

31,0

8,01E-07

2,31E+04

4,364131

0,000229

-3,641021

0,025624

-1,591345669

Bocal 02: ø 20,5mm e 3,299 x 10-4 m2

Tubo de diâmetro (mm) :

20,5

 

 

Área do Tubo (m²):

0,0003299

 

 

 

 

 

h (mmH2O)

massa bruta (Kg)

massa líquida (Kg)

V (m3)

t (s)

Q (m3/s)

v (m/s)

T (ºC)

n

Re

Log (Re)

fdarcy

Log (fdarcy)

f Blasius

Log (fBlaisius)

20

7,300

6,990

0,00702

5,03

0,001396

4,212421

31,0

8,01E-07

1,08E+05

5,032707

0,000226

-3,64505

0,017439

-1,758489762

14,5

7,200

6,890

0,00692

5,63

0,001229

3,709654

31,0

8,01E-07

9,50E+04

4,977509

0,000212

-3,67432

0,018002

-1,744690171

4,5

6,500

6,190

0,00622

7,25

0,000857

2,588066

31,0

8,01E-07

6,62E+04

4,821151

0,000135

-3,86976

0,019697

-1,705600625

1,5

6,900

6,590

0,00662

13,31

0,000497

1,500825

31,0

8,01E-07

3,84E+04

4,584506

0,000134

-3,87359

0,022572

-1,646439304

0,5

10,050

9,740

0,00978

32,28

0,000303

0,914635

31,0

8,01E-07

2,34E+04

4,369424

0,00012

-3,92055

0,025546

-1,592668822

Onde: h = leituras determinadas no manômetro em U; V = volume; t = tempo;

Q = vazão; v = velocidade; ν = viscosidade cinemática; Re = número de Reynolds;

f = coeficiente de atrito de Darcy e Blasius.

Assim, plotamos os seguintes gráficos do número de Reynolds em função da força de atrito;

  1. ANALISE DOS RESULTADOS

  1. CONCLUSÃO

Depois de efetuados os cálculos e plotagem dos gráficos, demonstrados anteriormente, concluímos que à medida que o número de Reynolds cresce, o respectivo coeficiente de atrito decresce devido a sua forte relação. Observamos também que com o aumento do diâmetro da tubulação ocorrerá uma menor perda de carga, em virtude da diminuição das forças de atrito.

Nos gráficos “Log f x Log Re” para cada tubulação, observamos que os valores colhidos em laboratório, provenientes da fórmula de Darcy, aproximaram-se bastante dos valores fornecidos pela equação de Blasius, principalmente para o tubo 01, sendo esta utilizada especificamente quando o número de Reynolds for menor que 105 e quando o escoamento se dá em tubos lisos.

Em relação aos erros que ocorrem ou não durante a experiência, erros nas leituras da diferença de pressão nos manômetros (erros de paralaxe), erros operacionais, precariedade de equipamentos, por exemplo, a balança continha uma ferramenta sobre a mesma, para que a mesma ficasse calibrada, Erros na obtenção do tempo, cronometragem (erro humano), também podemos citar o fato de ter sido usado apenas uma temperatura para todos, quando deveríamos ter medido uma temperatura para cada um, impurezas na água também pode afetar, assim como o fato de o tubo utilizado não ser ou não estar liso, que caso fosse o caso apresentaria certo valor para a rugosidade relativa.

  1. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FOX, Robert W. & MCDONALD, Alan T., Introdução à Mecânica dos Fluidos. 4º Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan S.A. 1995.

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