laboratório de mecânica dos fluídos UFRN

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MEC 1702 – MECÂNICA DOS FLUIDOS II
LABORATÓRIO 04: PERDA DE CARGA
Prof. Dr. Kleiber Lima de Bessa
Jonhattan Ferreira Rangel
Willyam Brito de Almeida Santos
João Vinícius Moreira de Souza
Lucas Cavalcante Grangeiro
INSTRUÇÕES
01 – Ler as instruções também faz parte do laboratório, qualquer descumprimento dos
termos descritos não será justificado por não leitura, ou qualquer outro tipo de
justificativa;
02 – Para os laboratórios serão formados grupos que se manterão por todas as práticas
seguintes;
03 – O roteiro laboratorial deve ser lido antes do laboratório, e pelo menos um
participante do grupo deve levá-lo impresso para a prática;
04 – Qualquer tipo de cópia (internet, livros, relatórios dos semestres anteriores, etc.)
sem referências, será considerado plágio, sujeito a zero no relatório;
05 – Os relatórios devem seguir rigorosamente o template disposto no SIGAA, caso não
seja seguido o mesmo estará sujeito à zero na nota;
06 – O relatório deve ser entregue na data prevista, ressalvando apenas possíveis
eventualidades que impeçam a entrega dos mesmos, com autorização do professor;
07 – Pode utilizar softwares, imagens de livros e de autoria própria (fotos durante os
experimentos), livros, etc. Obedecendo ao item 04, das instruções.

2. INTRODUÇÃO
Sistemas de bombeamento, e transporte de fluidos estão presentes no dia a dia de
qualquer engenheiro mecânico. Sistemas de lubrificação, de transporte de combustíveis,
bombeamento sanguíneo, abastecimento de água residencial e industrial, sistemas de
refrigeração, entre outros.
Para dimensionar esses sistemas, não podemos mais considerar o escoamento
como sendo sem atrito (em muitos casos o regime também pode não ser permanente,
nem ao longo de uma linha de corrente), desvalidando, por exemplo, o uso da equação
de Bernoulli, que, em uma de suas hipóteses validadoras, não permite perdas (fluido
sem viscosidade).
Como os escoamentos reais possuem perdas, que em muitos casos são
relativamente grandes, obrigando a utilização de dispositivos que cedam energia ao
fluido (bombas, compressores, etc), uma nova análise da energia presente no sistema se
faz necessária.
(1)
Observe que o no sistema as energias não mais se conservam. Podemos
adicionar ou retirar parte da energia do sistema através de determinados dispositivos,
porem sempre haverá perda de energia durante o escoamento, devido à viscosidade do
fluido e a rugosidade da tubulação, entre outros parâmetros. A chamada perda de carga.
A perda de carga pode ser dividida em distribuída e localizada, sendo essas:
(2)
(3)
Onde L = comprimento da tubulação, D = diâmetro da tubulação, v = velocidade; g =
gravidade; f = fator de atrito; K = constantes de perda de carga localizadas (tabeladas).
Existem diversas maneiras para determinar o fator de atrito (f). O método mais
utilizado é o diagrama de Moody, onde relacionando a rugosidade aparente (e/D) e o
número de Reynolds (Re) obtemos o fator de atrito do trecho em questão. Observe o
diagrama:

3. Fator de atrito para escoamento completamente desenvolvido em tubos circulares. (Dados de Moody [8],
usados com permissão.) (FOX et al., 2014)
Como visto nos laboratórios 2 e 3, os perfis de velocidade variam de acordo com
o regime de escoamento, tendo formatos e características diferentes de acordo com o
seu tipo. Observe que pelo diagrama de Moody, os diferentes tipos de escoamentos
possuem diferentes funções que regem o fator de atrito, isso é evidenciado no
comportamento das linhas.
Para isso devemos nos atentar as regiões mais importantes no escoamento. Uma
dessas regiões é a região de subcamada viscosa. O movimento do fluido confinado na
subcamada viscosa é crítico para o escoamento como um todo. Nota-se que a condição
de não escorregamento e a tensão de cisalhamento na parede ocorrem nessa região.
Assim não é surpreendente que as propriedades do escoamento turbulento em condutos
dependem bastante da rugosidade (diferente de escoamentos laminares) pequenas
ranhuras na superfície do conduto podem afetar essa região, podem influenciar
bruscamente o campo de escoamento. (MUNSON, 2004).

4. Estrutura do escoamento turbulento num tubo: (a) tensão de cisalhamento e (b) velocidade
média (MUNSON, 2004)
OBS.: Para análise da espessura de subcamada viscosa, estudar a secção 8.3 do livro
MUNSON, Bruce R., Fundamentos da Mecânica dos Fluidos / 4 ed., São Paulo: Edgard
Blucher, 2004.
OBJETIVO:
 Coletar a pressão experimental do manômetro 03 ou 04 (escolhido pelo monitor)
e comparar o resultado com o determinado analiticamente pelo seu grupo;
 Calcular a espessura de subcamada viscosa no trecho entre os manômetros 03 e
04;
 Calcular a carga da bomba e seu rendimento através das pressões e alturas dos
manômetros 01 e 02 e comparar com os dados obtidos através do fabricante;
 Verificar a ocorrência de cavitação no sistema;
 Traçar a linha de energia e linha piezométrica da válvula de pé e crivo até o
manômetro 03.


Lembrando sempre de expor seus desenvolvimentos e as suas análises.
MOTODOLOGIA EXPERMENTAL:
Para o experimento utilizaremos:
1. Bancada de bombeamento hidráulico;
2. Béquer;
3. Cronômetro;
Com o circuito ligado será medida as pressões nos manômetros 1 (um) e 2 (dois)
e com o béquer e um cronômetro determinar a vazão experimentalmente, através de 3
medições diferentes. Para os cálculos de perda de carga as dimensões se fazem
necessárias e essas estão descritas no ANEXO 01.

5. DADOS COLETADOS
PRESSÃO NO MANÔMETRO 01
PRESSÃO NO MANÔMETRO 02
PRESSÃO NO MANÔMETRO 03
PRESSÃO NO MANÔMETRO 04
VAZÃO
ALTURA DA SUPERFÍCIE DO FLUIDO
QUESTIONAMENTOS
Após a aquisição dos dados deve-se calcular o valor da pressão no manômetro
_______ e comparar com o resultado experimental coletado. Deve-se também
determinar a espessura da subcamada viscosa entre os manômetros 3 e 4. Após á
analise, descreva seus resultados e explique a coerência ou não coerência, de acordo
com seus dados analíticos, experimentais e a literatura.

6. ANEXO

7. ELEMENTOS QUANTIDADE
JOELHO 90º 4
REDUTORES 2
VÁLVULA GAVETA 1
VÁLVULA PÉ E CRIVO 1
DIÂMETROS DAS TUBULAÇÕES
17 mm
1’’
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
FOX, Robert W., McDonald, Alan T. e Pritchard, Philip J., Introdução à Mecânica dos
Fluidos / 8 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2014.
MUNSON, Bruce R., Fundamentos da Mecânica dos Fluidos / 4 ed., São Paulo: Edgard
Blucher, 2004.
BIOGRAFIA SUGERIDA
WHITE, Frank M., Mecânica dos Fluidos, / 6 ed., Porto Alegre: AMGH, 2011.
BRUNETTI, Franco, Mecânica dos Fluidos / 2 ed., São Paulo: Pearson Prentice Hall,
2008.
ÇENGEL, Yunus A. e Cimbala, John M., Mecânica dos fluidos: fundamentos e
aplicações / 3 ed., Porto Alegre: AMGH, 2015.

8. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MEC1702 – MECÂNICA DOS FLUIDOS 2
RESULTADOS – PERDA DE CARGA
DATA ___/_____/______
GRUPO __________
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DADOS COLETADOS
PRESSÃO NO MANÔMETRO 01
PRESSÃO NO MANÔMETRO 02
PRESSÃO NO MANÔMETRO 03
PRESSÃO NO MANÔMETRO 04
VAZÃO
ALTURA DA SUPERFÍCIE DO FLUIDO