TÍTULO: PERDA DE CARGA EXPERIMENTAL DE LÍQUIDO EM SAÍDA DE TUBULAÇÃO LIVRE E
SUBMERSA
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
SUBÁREA: ENGENHARIAS
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
AUTOR(ES): NAYARA MOTA OLIVEIRA SOUZA, GUILHERME BATIROLA STANGHERLIN, LUIZ
FERNANDO GILLES, OSCAR COSTA DE SOUZA, RAUL MATHEUS PINHEIROS DA SILVA
ORIENTADOR(ES): DEOVALDO DE MORAES JÚNIOR, MARLENE SILVA DE MORAES
COLABORADOR(ES): ALVARO LUIZ MOREIRA CONRADO, BEATRIZ MELLO DO NASCIMENTO,
FABIANA LIMA DE SOUZA, LARISSA GONÇALVES, LARISSA PEIXOTO, RODRIGO FREIRE
1. RESUMO
É mister o estudo da perda de carga de líquidos em singularidades, por ser
função direta dos custos de bombeamento e, como consequência, do custo do produto
final.
O trabalho visou determinar experimentalmente a perda de carga em função da
vazão da saída livre e submersa de água em duto de PVC horizontal com diâmetro
interno de 16 milímetros.
A pressão antes da saída da tubulação foi quantificada por um piezômetro.
Os resultados indicaram uma diferença menor que 1% entre os dois tipos de
singularidades.
2. INTRODUÇÃO
A vazão é a quantidade de massa ou volume que escoa durante um intervalo
de tempo em uma seção transversal da tubulação. O cálculo deste parâmetro é
essencial na área de engenharia, principalmente na execução ou planejamento de
projetos. Há várias maneiras de se obter resultados dessa grandeza como o método
das coordenadas, dispositivos que provocam diferença de pressão e o método da
coleta da vazão por unidade de tempo. Outro objeto de estudo é a perda de carga ou
diminuição de energia de um fluido ao longo de seu percurso que pode ser
quantificado por manômetros ou piezômetro (MORAES, MORAES, 2011).
3. OBJETIVO
Visou o presente estudo obter resultados das perdas de carga na saída de um
duto horizontal livre e submerso em função da vazão.
4. METODOLOGIA
O método das coordenadas para a medida da vazão é apresentado por Netto
(1998). A Equação 1 determina a vazão através do jato de fluido na saída da tubulação
como demonstra a Figura 1. Mede-se a distância em que o jato do fluido percorre ao
chegar ao nível do tanque e a altura em que a tubulação se encontra.
Q=
πD2
4
g
. X. �2.Y
(1)
Sendo:
Q a vazão volumétrica, (m³/s)
D o diâmetro interno da tubulação, (m)
g a aceleração da gravidade, (m/s²)
X a distância horizontal do jato, (m)
Y a altura da descarga em relação ao nível do fluido, (m)
Figura 1 – Distância (x) e altura (y) que o jato do fluido sai da tubulação.
A vazão obtida pelo método das coordenadas foi verificado pela técnica da
massa por unidade de tempo.
Uma coluna piezométrica foi instalada na tubulação próxima a entrada do
tanque de descarga na distância de dez vezes o diâmetro interno da tubulação. A
Equação 2 foi utilizada para calcular a perda de carga na tubulação (perda de carga
distribuída).
Q1,75
lw = �L + Leq � × 0,00086 D4,75
(2)
Uma perda de carga adicional após o piezômetro foi adicionada por uma placa
de orifício (Figuras 2, 3 e 4).
Figura 2 – Placa de orifício dentro
da tubulação demonstrando
a vena contracta
Figura 3 – Placa de orifício
entre as flanges
na tubulação.
Figura 4 – Modelos distintos de
placa de orifício.
Segundo Netto (1998), a perda de carga em uma tubulação submersa será a
mesma em uma tubulação com descarga livre.
5. DESENVOLVIMENTO
Utilizou-se dois tanques de acrílico, um para sucção e outro para descarga,
com capacidade de 91 litros e 25,83 litros, respectivamente, uma bomba centrífuga
de acoplamento magnético (modelo NH 10PX H; rotor aberto de 4mm, fabricante
BOMAX), tubulações de PVC cristal de ½ polegada, fluido água em temperatura
ambiente (22ºC), placas de orifício de 6,2; 8,65 e 11,45mm, tomadas de piezômetros
foram instaladas a distância de dez vezes o diâmetro interno da saída de canalização,
e o orifício tem 1/10 do diâmetro da tubulação. Figura 5.
Figura 5 – Unidade experimental: 1) Bomba centrífuga; 2) Tomadas de piezômetro;
3) Tanque de acrílico de 25,86 litros; 4) Dutos de PVC cristal; 5) Tanque
de acrílico de 91 litros.
6. RESULTADOS
A altura de coluna de líquido no piezômetro foi observada em duas situações:
tubo livre e tubo submerso, Figuras 8 e 9. No mesmo tubo colocou-se placa de orifício
para verificar a alteração na altura do líquido na tomada piezométrica.
As relações entre os diâmetros dos orifícios das placas com o diâmetro interno
do duto equivalem a: 0,38; 0,54 e 0,71 e são denominados beta. Como as tabelas 1 e
2 e as figuras 6 e 7. A tabela indica uma diferença de perda de carga desprezível para
as condições estudadas.
Tabela 1: Relações entre o beta, vazão
volumétrica e altura
piezométrica para tubos
emerso e submerso.
Altura Coluna Líquido (m/s)
Beta
0,38
0,54
0,71
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
Descarga
livre
Submerso
Q (m³/h)
h (m)
h (m)
0,485
0,87
0,85
0,608
0,425
0,43
0,717
0,1
0,11
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
vazão (m³/s)
Descarga livre h (m)
Submerso h (m)
Linear (Descarga livre h (m))
Linear (Submerso h (m))
Figura 6 – Relações entre o beta, vazão volumétrica e altura
piezométrica para tubos emersos e submersos.
0,8
Tabela 2 – Dados das vazões pelos métodos das coordenadas e massa por unidade
de tempo.
Método da coleta (Série 2)
Vazão (m³/h)
Velocidade (m/s)
0,398
0,546
0,685
0,940
0,630
0,865
1,2
1
Velocidade (m/s)
Beta
0,38
0,54
0,71
Método das coordenadas (Série 1)
Vazão (m³/h)
Velocidade (m/s)
0,485
0,665
0,608
0,835
0,717
0,984
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Vazão (m³/h)
Série1
Série2
Linear (Série1)
Linear (Série2)
Figura 7 – Gráfico da velocidade em função da vazão pelos métodos das
coordenadas e da coleta massa por tempo.
Figura 8 – Descarga de livre.
Figura 9 – Tubo submerso.
7. CONCLUSÃO
O presente trabalho permitiu concluir que:
a) O diâmetro da placa de orifício aumenta e a vazão tem crescimento
proporcional ao mesmo.
b) A altura do piezômetro diminui com o aumento do diâmetro da placa de
orifício;
c) De acordo com literatura usada como referência Netto, (1998), MORAES,
MORAES (2011), a saída livre e a submersa de um tubo de descarga não
interfere na diminuição de energia do material escoado informações
comprovadas pelo presente estudo.
8. REFERÊNCIAS
NETTO, Azevedo, et al. Manual de Hidráulica. Sâo Paulo: Edgard
Blucher 8ed, 1998.
MORAES Jr.D. MORAES, M.S. Laboratório de operações unitárias I.
Santos: edição dos autores, 2011.