Teste 1 (perdas em todos os conectores de tubo, exceto na válvula de gaveta, a qual deverá ser mantida totalmente aberta).
- Ajuste o fluxo a partir da válvula de controle da bancada e, a uma dada taxa de fluxo, faça as leituras de altura a partir de todos os manômetros, depois que todos os níveis estiverem estabilizados.
- Para determinar a taxa de fluxo volumétrico, você deve realizar uma coleta de volume por tempo, utilizando o tanque volumétrico. Isso é alcançado fechando a válvula de esfera da bancada e medindo (com um cronômetro) o tempo necessário para acumular um volume conhecido de fluido no tanque, o qual é lido a partir da escala do visor de vidro. Você deverá coletar fluido pelo menos durante um minuto para minimizar erros de temporização.
- Repita esse procedimento para obter um total de no mínimo cinco conjuntos de medições na faixa de fluxo de aproximadamente 8 a 17 litros por minuto.
- Meça a temperatura da água.
| CONEXÃO |
(m) |
, (m) | Perda de Carga
| V (
) | t (s) | \begin{tabular}{l}
\
(
)
|
V1 \
(m/s)
|
V2 \
(m/s)
(
(m/s)
(m/s)
| \end{tabular} |
|
Re | K |
|---|---|---|---|
| MITRA | & & & & & & & \multirow{12}{*}{} & & & | ||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| COTOVELO | & & & & & & & & & & & | ||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| CURVATURA CURTA | & & & & & & & & & & & | ||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| CONTRAÇÃO | & & & & & & & & & & & | ||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| EXPANSÃO | & & & & & & & & & & & | ||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & | |||
| CURVATURA LONGA | & & & & & & & & & & & | ||
| & & & & & & & & & & & | |||
| & & & & & & & & & & & |
Passo 1
O enunciado pede que, para cada conexão (MITRA, COTOVELO, CURVATURA CURTA, CONTRAÇÃO, EXPANSÃO, CURVATURA LONGA, etc.), você calcule e registre uma tabela com as seguintes grandezas: as alturas nos manômetros
e
, a “perda de carga” indicada pela diferença de leituras, o volume coletado
e o tempo
da coleta, a vazão volumétrica
, as velocidades
e
nas seções 1 e 2, o termo
(energia cinética por unidade de peso), o número de Reynolds
e o coeficiente adimensional de perda localizada
. O enunciado também pede que você meça a temperatura da água.\n\nInformações dadas no enunciado que você terá experimentalmente:
(m),
(m), volume coletado
(m^3) lido no tanque, tempo
(s) medido com cronômetro, temperatura da água (°C). Essas são as medições diretas. \n\nInformações que são necessárias mas não estão explicitamente numéricas no enunciado e que você precisa conhecer ou medir/consultar: diâmetro interno das seções onde estão os manômetros (
e
), o fluido do manômetro (se diferente de água) ou densidade do fluido do manômetro, aceleração da gravidade
(usar
salvo orientação diferente), densidade
da água e sua viscosidade cinemática
na temperatura medida (consultar tabela). Sem os valores de diâmetros e das propriedades da água não é possível obter números finais; a seguir eu explico exatamente o que calcular e como, passo a passo, para que você aplique aos seus dados experimentais.
Passo 2
Como calcular a vazão volumétrica a partir da coleta no tanque (o mais direto): a medição fornece um volume
(em litros ou m^3) e um tempo
(s). A fórmula é simples e muito usada em laboratório:
Explicação didática:
é a quantidade de volume que passa por unidade de tempo. Se você coletou, por exemplo,
em
, primeiro converte litros para metros cúbicos dividindo por
:
. Então
Dica prática: colete por pelo menos 60 s para reduzir o erro relativo do cronômetro (recomenda o enunciado).
Passo 3
Converter unidades e atenção às leituras do manômetro: verifique se
e
estão em metros já (normalmente sim). Se o manômetro usar outro fluido que não seja água, a relação entre a diferença de nível
do manômetro e a diferença de pressão é:
onde
é a densidade do fluido do manômetro e
a densidade do fluido da linha (água). Se o manômetro for com o mesmo fluido (água), então a diferença de leitura
em metros já corresponde a
(ou seja, diferença de cabeça piezométrica). Sempre confirme o fluido do manômetro. Isso é importante para converter corretamente a leitura do manômetro em diferença de pressão/piezométrica.
Passo 4
Calcular a área da seção e as velocidades a partir da vazão (conservação de massa/continuidade). A área interna circular de uma tubulação é
onde
é o diâmetro interno em metros. A velocidade média em cada seção é dada por
Explicação: a vazão volumétrica é o produto da área pela velocidade média. Se as duas seções têm o mesmo diâmetro,
e a equação simplifica. Sempre use
em metros para obter
em
e
em
.
Exemplo rápido: se
e
, então
Passo 5
Energia cinética por unidade de peso: o termo
. Para cada velocidade que você calculou, compute
Isso tem unidade metros (é uma “cabeça” equivalente à energia cinética por unidade de peso). Use
a menos que o laboratório peça valor diferente.
Passo 6
Determinar a perda de carga real
entre as seções 1 e 2 usando Bernoulli com perda localizada. A forma correta (entre duas seções medindo piezométricas) é:
onde
e
são as leituras piezométricas (piezometric head =
) medidas pelos manômetros, expressas em metros de coluna de fluido da linha (ou convertidas apropriadamente se o manômetro use outro fluido). Explicação detalhada: Bernoulli entre 1 e 2 com perda diz
Se os manômetros lhe deram
e
, rearranja-se para a fórmula acima.
Observação prática: em muitos ensaios de bancada as alturas
e
são iguais (mesma linha horizontal), então
é apenas
. Mesmo assim, não se esqueça do termo de correção das velocidades se
.
Passo 7
Calcular o coeficiente de perda localizada
(adimensional). A definição prática usada em ensaios é
onde
é a velocidade de referência escolhida para a peça. Explicação sobre escolha de referência:
- Se a peça está inserida numa tubulação de mesmo diâmetro, escolha
(a velocidade comum). - Se há contração/expansão, o laboratório normalmente escolhe a velocidade na tubulação principal (muitas vezes avaliada na seção de maior interesse — normalmente a seção de jusante da peça). Use a convenção indicada pelo seu professor ou, se não houver, especifique qual velocidade você está usando (por exemplo, use
). O importante é ser consistente ao comparar com valores tabelados.
Assim, na forma prática:
Exemplo simbólico: se você usar
, então
Passo 8
Calcular o número de Reynolds
. Para cada seção, o número de Reynolds é
onde
é a velocidade média na seção considerada (m/s),
o diâmetro interno (m) e
a viscosidade cinemática da água (m^2/s) à temperatura medida. Explicação prática:
varia bastante com a temperatura; por exemplo, valores típicos para água:
Você deve consultar uma tabela de propriedades da água (ou usar uma equação empírica) para obter
na temperatura que mediu. Se você tiver apenas a viscosidade dinâmica
e a densidade
, use
. Interprete
assim: valores baixos indicam escoamento laminar, valores altos (tipicamente
–
) indicam escoamento turbulento.
Passo 9
Resumo prático passo-a-passo que você deve aplicar para cada medição (lista operacional para a prova/laboratório):
- Ler
, (m) nos manômetros e anotar (L ou m^3) e (s). Medir a temperatura . - Converter
para (dividir por se estiver em litros) e calcular
- Usar os diâmetros
e para calcular as áreas e via . - Calcular
e (m/s). - Calcular
e (m). - Se o manômetro usar fluido diferente, converta a leitura para a diferença piezométrica correta (ver passo 3). Então calcule
- Escolher
(normalmente a velocidade na tubulação principal) e calcular
- Consultar
e calcular (onde é o diâmetro correspondente à velocidade de referência). - Repetir para as 5 medições (ou mais) na faixa de vazões e calcular médias e desvios se for pedir incerteza.
Passo 10
Observações de erro e dicas práticas (para você fazer direitinho na prova/lab):
- Cronometre pelo menos 60 s. Se o volume for pequeno, aumente o tempo para reduzir erro percentual do tempo.
- Leia o nível do visor do tanque na altura do olho, fixe o menisco e leia sempre pela mesma face do visor para consistência.
- Verifique se o escoamento está estabilizado antes de anotar
e . - Anote se há bolhas ou vibrações que possam afectar a leitura.
- Registre temperatura com termômetro calibrado (é essencial para
e ). - Se você comparar seus
experimentais com valores tabulados, use a mesma definição de velocidade de referência que a tabela (muitas tabelas usam a velocidade na seção do tubo principal).