Download - MecânicaFluidos
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA
Relatrio VI Experincias em Mecnica dos Fluidos
MANAUS-AM/2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA
Fabrcio Sousa Carneiro
Relatrio VI Experincias em Mecnica dos Fluidos
Trabalho apresentado Universidade
Federal do Amazonas, como parte do critrio
de avaliao da disciplina FTF 034
Laboratrio de Sistemas Trmicos. Sob
orientao do Profo. Fabio Lisboa.
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MANAUS-AM/2014
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SUMRIO
1. INTRODUO ............................................................................................. 5
2. OBJETIVOS ................................................................................................. 6
3. A CURVA CARACTERSTICA DE BOMBAS HIDRULICAS ASSOCIADAS EM PARALELO, EQ879D. ................................................................................. 7
3.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................... 7
3.2. MONTAGEM ......................................................................................... 7
3.3. ATIVIDADES ......................................................................................... 8
3.4. GRFICOS.......................................................................................... 10
4. A PERDA DE CARGA E O FATOR DE RESISTNCIA, EQ879A.............. 12
4.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 12
4.2. MONTAGEM ....................................................................................... 12
4.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 13
5. A PERDA DE CARGA NUM DUTO ............................................................ 15
5.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 15
5.2. MONTAGEM ....................................................................................... 15
5.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 16
6. A RELAO ENTRE VAZO EM UM DUTO E A PRESSO INTERNA EXERCIDA PELO FLUIDO EM RELAO A OUTRO PONTO INTERNO DA TUBULAO, EQ879B. ................................................................................... 19
6.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 19
6.2. MONTAGEM ....................................................................................... 20
6.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 20
7. A REDUO DA PRESSO COM O AUMENTO DA VELOCIDADE EM UM FLUIDO, A EQUAO DE BENOULLI, EQ879C. ............................................ 22
7.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 22
7.2. MONTAGEM ....................................................................................... 22
7.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 23
8. CLCULO E ANLISE DO NMERO DE REYNOLDS. ............................ 24
8.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 24
8.2. MONTAGEM ....................................................................................... 24
8.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 25
9. VELOCIDADE DE FLUIDOS POR UM ORIFCIO PEQUENO. .................. 27
9.1. MATERIAL NECESSRIO ..................................................................... 27
9.2. MONTAGEM .......................................................................................... 27
9.3. ATIVIDADES .......................................................................................... 28
10. ESCOAMENTO DE FLUIDO POR TRS ORIFCIOS PEQUENOS VERTICALMENTE POSICIONADOS, EQ894 . ................................................ 29
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10.1. MATERIAL NECESSRIO ................................................................... 29
10.2. MONTAGEM ........................................................................................ 29
10.3. ATIVIDADES ........................................................................................ 30
11. O PRINCPIO FUNDAMENTAL DA HIDROSTTICA (PRINCPIO DE STEVIN) COM MANMETRO DE TUBO ABERTO. ........................................ 32
11.1. MATERIAL NECESSRIO ................................................................... 32
11.2. MONTAGEM ........................................................................................ 32
11.3. ATIVIDADES ........................................................................................ 33
11.4. GRFICO ........................................................................................... 36
12. A ASSOCIAO DE BOMBAS HIDRULICAS EM SRIE, EQ879D. .. 37
12.1. MATERIAIS NECESSRIOS .............................................................. 37
12.2. MONTAGEM ....................................................................................... 37
12.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 38
13. A CURVA CARACTERSTICA DE BOMBAS HIDRULICAS ASSOCIADAS EM SRIE, EQ879D. ............................................................... 39
13.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 39
13.2. MONTAGEM ....................................................................................... 39
13.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 40
13.4. GRFICOS.......................................................................................... 41
14. O FENMENO DA CAVITAO NUMA ASSOCIAO DE BOMBAS EM SRIE, EQ879D. .............................................................................................. 42
14.1. MATERIAL NECESSRIO .................................................................. 42
14.2. MONTAGEM ....................................................................................... 42
14.3. ATIVIDADES ....................................................................................... 43
15. CONCLUSES ...................................................................................... 45
16. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................... 46
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1. INTRODUO
A Mecnica dos Fluidos a parte da mecnica aplicada que se dedica
anlise do comportamento dos lquidos e gases tanto em equilbrio quanto em
movimento.
Neste relatrio veremos a comprovao da parte terica atravs dos
experimentos de laboratrio, uma vez que a combinao entre um trabalho
experimental e terico em uma mesma proposta de aula pode ser uma
estratgia a mais para a nossa motivao, onde investigaremos fenmenos,
estabelecemos os parmetros fsicos relevantes do problema, relacionamos as
grandezas fsicas observadas atravs de anlises grficas e dimensionais e,
por fim, a reconhecer e a aplicar as leis e princpios cientficos j conhecidos.
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2. OBJETIVOS
O objetivo deste ensino experimental para facilitar a compreenso, e
tambm comprovar e aprimorar os conhecimentos tcnicos previamente
adquiridos, assim como a aquisio de novos conhecimentos e tcnicas
experimentais.
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3. A CURVA CARACTERSTICA DE BOMBAS HIDRULICAS ASSOCIADAS EM PARALELO, EQ879D.
3.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879D com sistema de sustentao;
02 sensores de presso absoluta 250 kPa;
02 cabos miniDIN-miniDIN;
02 cmaras transparentes com alinhadores;
01 sistema de bombas hidrulicas associadas em paralelo;
02 fontes chaveadas 12 V / 3 A;
02 controladores da bomba hidrulica;
02 cabos RCA/RCA;
01 calha com hidroduto com T redutor para sensor e conexo em
Y;
01 calha com hidroduto mdio;
01 calha com hidroduto longo com T redutor para sensor e
registro;
03 painis com medidores de vazo;
01 mangueira com dutos rgidos para engate em conexo rpida;
01 bandeja plstica;
01 rgua longa 0- 1000 mm magntica;
3.2. MONTAGEM
Foi executada a montagem para a associao em srie de bombas pelo
nosso professor Fbio Lisboa com o auxlio dos tcnicos Saimon, Patrick e
Sanley. Estes nos acompanharam durante as experincias.
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3.3. ATIVIDADES
Ligamos as fontes de alimentao rede eltrica e regulamos o
controlador da bomba 1 no nvel 7 da escala. Ligamos o controlador da bomba
1 e deixamos o sistema retirar todo o ar da tubulao. Logo aps deligamos a
bomba, da regulamos a vazo para a bomba 1 e 2 no nvel 8 dos
controladores da bomba. Deixamos o registro do hidroduto longo totalmente
aberto e ligamos apenas a bomba 1. Utilizamos a ferramenta indicador do
software CidepeLAB para lermos os valores de presso da bomba 1. Enquanto
o registro do hidroduto longo vai sendo lentamente fechado (at cessar o fluxo)
procedemos anotando valores de presso e volume (atravs do medidor de
vazo) para completar a Tabela 1.
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Vazo (l/min) Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
0,4 101 105 4
0,4 101 105 4
0,35 99 105 6
0,1 94 104 10
0,05 92 104 12
0 90 104 14
Tabela 1
Mantendo a bomba 1 ligada no nvel 8, ligamos a bomba 2. Com isso
preenchemos a Tabela 2.
Vazo (l/min) Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
1,65 97 118 21
1,45 93 115 22
0,8 76 107 31
0,5 74 105 31
0,3 72 104 32
0 67 103 36
Tabela 2
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3.4. GRFICOS
Grfico 1 (uma) Bomba (Nvel 8)
Grfico 2 (duas) Bombas (Nvel 8)
Segundo os dados coletados e apresentados nos grficos, os resultados
da associao de bombas em paralelo esto condizentes com o esperado. As
variaes que o grfico apresenta so devidas ao conceito de perda de carga
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Vazo x Presso
Vazo x Presso
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,5 1 1,5 2
Vazo x Presso
Vazo x Presso
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no sistema. As perdas em tubulaes podem ser divididas em dois grupos: as
perdas que ocorrem nos trechos lineares, ou perdas distribudas, e as perdas
localizadas em elementos individuais, tambm chamadas perdas singulares. As
perdas do primeiro grupo constituem a maior parte do total, pois normalmente
as tubulaes de interesse possuem grande extenso, e por isso so tambm
chamadas perdas principais; as demais so, por sua vez, chamadas perdas
secundrias.
O lquido ao escoar em um conduto submetido a foras resistentes
exercidas pelas paredes da tubulao e por uma regio do prprio lquido,
denominada camada limite. Assim, h o surgimento de foras cisalhantes que
reduzem a capacidade de fluidez do lquido. O lquido, ao escoar, dissipa parte
de sua energia, principalmente, em forma de calor. Essa energia no mais
recuperada como energia cintica e potencial e, por isso, denomina-se perda
de carga (H). A perda de carga pode ser classificada, distribuda ao longo do
trecho e localizada (presena de conexes, aparelhos, singularidades em
pontos particulares do conduto).
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4. A PERDA DE CARGA E O FATOR DE RESISTNCIA, EQ879A.
4.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879A com sistema de sustentao;
O 1 cmara transparente com alinhadores;
01 bomba hidrulica centrfuga CC;
01 controlador da bomba hidrulica;
01 fonte de alimentao chaveada 12 V/ 3 A;
02 painis com medidor de vazo;
01 conjunto de hidrodutos;
01 cabo paralelo com conectores RCA;
01 manmetro em U;
01 bandeja maior;
01 sensor de presso diferencial, miniDIN;
01 cabo de ligao miniDIN-miniDIN;
4.2. MONTAGEM
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4.3. ATIVIDADES
Ligamos a fonte da bomba hidrulica rede eltrica e regulamos o
controlador da fonte no nvel 5 da escala. Ligamos a fonte e deixamos o
sistema retirar todo o ar da tubulao. Abrimos o registo 6B e anotamos o valor
de presso diferencial medida no manmetro 8 e anotamos o valor de vazo
diretamente nos medidores 7A e 7B.
Presso Diferencial (mmH2O) Vazo 1 (l/min) Vazo 2 (l/min)
208 0,3 0,3
Tabela 3
O comprimento de um duto por onde percorre o fluido de 300 mm, so
4 dutos. O dimetro interno de 9 mm cada (Informao do fabricante).
O nmero de Reynolds calculado pela expresso:
O nmero de Reynolds permite classificar a vazo de um fluido como
Laminar, Intermedirio ou turbulento conforme as faixas:
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Usando a equao e os dados acima, calculamos o nmero de
Reynolds:
Re = 1584,22
Logo, classificamos a vazo do fluido como Laminar. O fator de atrito
nesse caso calculado como f = 64/Re. Logo, o fator de atrito de 0,04039.
A vazo mnima para que o escoamento seja turbulento nessas
condies de: 0,0000266667 m3/s. Para essa vazo o nmero de Reynolds
4225,79. Logo, um escoamento turbulento.
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5. A PERDA DE CARGA NUM DUTO
5.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879A com sistema de sustentao;
01 cmara transparente com alinhadores;
01 bomba hidrulica centrfuga CC;
01 controlador da bomba hidrulica;
01 fonte de alimentao chaveada 12 V / 3 A;
02 painis com medidor de vazo;
01 conjunto de hidrodutos;
01 cabo paralelo com conectores RCA;
01 manmetro em U;
01 bandeja maior;
01 sensor de presso diferencial, miniDIN;
01 cabo de ligao miniDIN -miniDIN;
5.2. MONTAGEM
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5.3. ATIVIDADES
Ligamos a fonte da bomba hidrulica rede eltrica e regulamos o
controlador da fonte no nvel 3 da escala. Ligamos a fonte e deixamos o
sistema retirar o ar da tubulao. Anotamos o valor de presso diferencial
medida no manmetro 8 e os valores de vazo medidos diretamente nos
medidores 22A e 22B.
Presso Diferencial (mmH2O) Vazo 1 (l/min) Vazo 2 (l/min)
2 0 0
Tabela 4
Aumentamos a vazo da bomba hidrulica girando controlador at o
nvel 5,e anotamos os dados.
Presso Diferencial (mmH2O) Vazo 1 (l/min) Vazo 2 (l/min)
212 0,4 0,4
Tabela 5
Regulamos o controlador da fonte no nvel 3 da escala. Abrimos o
registro 6B. Deixamos que todo o ar fosse retirado da tubulao. Realizamos
novamente a medida de presso diferencial, mas agora com os valores de
vazo total (22A) e vazo ramificada (22B).
Presso Diferencial (mmH2O) Vazo Total
(l/min)
Vazo Ramificada
(l/min)
35 0 0 e 0
Tabela 6
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Aumentamos a vazo da bomba hidrulica girando o controlador at o
nvel 5 e faa as leituras.
Presso Diferencial (mmH2O) Vazo Total
(l/min)
Vazo Ramificada
(l/min)
14 0,6 0,3 e 0,3
Tabela 7
Abrimos o registro 6A do manmetro e realizamos novamente as
medidas de presso e vazo.
Presso Diferencial (mmH2O) Vazo Total
(l/min)
Vazo Ramificada
(l/min)
1,2 0,55 0,15 e 0,4
Tabela 8
A presso que a gua exerce sob uma superfcie qualquer s depende
da altura do nvel da gua at essa superfcie. o mesmo que dizer que a
presso no depende do volume de gua contido em um tubo, e sim da altura.
Nveis iguais geram presses iguais. A presso no depende da forma no
recipiente. Quanto maior for a altura, maior ser a presso. Se diminuirmos a
altura, a presso diminui, isso explica o ocorrido.
O golpe de arete ocorre com as variaes de presso decorrentes de
variaes da vazo, causadas por alguma perturbao, voluntria ou
involuntria, que se imponha ao fluxo de lquidos em condutos, tais como
operaes de abertura ou fechamento de vlvulas (nosso caso), falhas
mecnicas de dispositivos de proteo e controle, parada de turbinas
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hidrulicas e ainda de bombas causadas por queda de energia no motor,
havendo, no entanto, outros tipos de causas.
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6. A RELAO ENTRE VAZO EM UM DUTO E A PRESSO INTERNA EXERCIDA PELO FLUIDO EM RELAO A OUTRO PONTO
INTERNO DA TUBULAO, EQ879B.
6.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879B com sistema de sustentao;
01 cmara transparente com alinhadores;
01 bomba hidrulica centrfuga CC;
01 controlador da bomba hidrulica;
01 fonte de alimentao chaveada 12 V / 3 A;
02 painis com medidor de vazo;
01 conjunto de hidrodutos;
01 cabo paralelo com conectores RCA;
01 manmetro em U;
01 bandeja maior;
01 sensor de presso diferencial, miniDIN;
01 cabodeIigaq miniDIN-miniDIN;
01 painel de hidrodinmica EQ879B;
01 sensor de presso de 250 mmca;
01 manmetro de tubos paralelos;
01 bomba hidrulica;
02 medidores de vazo;
01 fonte com controle para bomba;
01 bandeja plstica;
01 cabo RCA/RCA;
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6.2. MONTAGEM
6.3. ATIVIDADES
Conectamos o cabo RCA/RCA bomba hidrulica e ao controlador e
este sua fonte. Abrimos o registro da cmara e aguarde o nvel de gua
entrar em equilbrio entre cmara e tubulao. Logo aps fechamos o registro.
Mantivemos os registros 22 e 22a abertos. Certificamos que os manmetros
apresentavam os valores iguais nas duas colunas, caso no estivessem
tnhamos que liberar (desconectar) as mangueiras de conexo dos sensores.
Fechamos o registro 22. Ajustamos o nvel do controlador da bomba hidrulica
para 6, Iigamos a bomba e aguardamos o sistema estar livre de bolhas.
Quando o canal esteve praticamente sem bolhas, lemos e anotamos os valores
de presses no manmetro. Com isso montamos a seguinte tabela:
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Presso Diferencial (mmH2O) B1 B2
P1 (mmH2O) 105 85
P2 (mmH2O) 103 90
P3 (mmH2O) 98 90
P4 (mmH2O) 104 99
P5 (mmH2O) 207 0
Tabela 9
A presso efetiva, manomtrica ou relativa simplesmente o valor da
presso causada pela altura da coluna de lquido, sendo uma indicao de
quanto a presso no ponto maior do que a presso atmosfrica. tambm
chamada manomtrica, pois a indicada pelos manmetros
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7. A REDUO DA PRESSO COM O AUMENTO DA VELOCIDADE EM UM FLUIDO, A EQUAO DE BENOULLI, EQ879C.
7.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879C com sistema de sustentao;
01 cmara transparente com alinhadores;
02 sensores de presso diferencial de 250 mmH20;
02 cabos miniDIN-miniDIN;
02 manmetros em U;
01 conjunto de hidrodutos;
01 bomba hidrulica;
01 fonte chaveada 12 V / 3 A;
01 controlador da bomba hidrulica;
01 painel com medidor de vazo;
01 bandeja plstica;
01 cabo RCA/RCA.
7.2. MONTAGEM
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7.3. ATIVIDADES Abrimos o registro da cmara e aguardamos o nvel de gua entrar em
equilbrio entre cmara e tubulao. Logo aps fechamos o registro.
Certificamos que os manmetros apresentavam os valores iguais nas duas
colunas, caso no estivessem libervamos (desconectvamos) as mangueiras
de conexo dos sensores. Ajustamos o nvel do controlador da bomba
hidrulica para 4, abrimos o registro e ligamos a bomba. Verificamos se o
sistema estava livre de bolhas. Verificamos o valor da vazo para o nvel 5 do
controlador da bomba no medidor de vazo e anotamos, assim como os
valores de presso diferencial nas redues H para F e F para D, com isso
construmos a seguinte tabela:
Vazo (l/min) PHF (mmH2O) PFD (mmH2O)
0,1 16 25
Tabela 11
Os dimetros internos dos dutos na ordem decrescentes so: 9 mm, 5,2
mm e 2,4 mm.
Para esses dimetros internos, considerando o valor de vazo lido no
medidor de vazo, considerando que V = Q/A, onde V velocidade, Q vazo
e A rea, temos as seguintes velocidades, respectivamente, 0,000185 m/s,
0,000321 m/s e 0,000694 m/s.
Com o aumento da velocidade do fluido a presso no interior do duto
diminui, pois o efeito Venturi explicado pelo Princpio de Bernoulli e o
princpio de continuidade de massa. Se o caudal de um fluido constante mas
a seo diminui, necessariamente a velocidade aumenta aps atravessar esta
seo. Pelo teorema da conservao da energia se a energia cintica aumenta,
a energia determinada pelo valor da presso diminui obrigatoriamente.
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24
8. CLCULO E ANLISE DO NMERO DE REYNOLDS.
8.1. MATERIAL NECESSRIO
01 torre de haste trplice (01);
01 conjunto alinhador para cmara transparente (02);
01 cmara transparente vertical (03);
01 rgua T com escala milimetrada O a 280 mm (06);
01 conjunto traador (09);
01 becker de coleta, 600 mL (12);
01 hidroduto menor de imerso (17) interno = 5 mm;
01 hidroduto maior de imerso (16) interno = 9 mm;
01 bomba hidrulica centrfuga CC (19);
01 controlador (20) para bomba hidrulica com:
01 cabo paralelos com conectores RCA (21);
01 fonte de alimentao chaveada (22);
01 bandeja maior (23);
01 painel com medidor de vazo (24);
8.2. MONTAGEM
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8.3. ATIVIDADES
O nmero de Reynolds calculado pela expresso:
O nmero de Reynolds permite classificar a vazo de um fluido como
Laminar, Intermedirio ou turbulento conforme as faixas:
Verificamos que a temperatura que se encontrava a gua que foi usada
no experimento era de aproximadamente 25 C.
Tabela 12 Grandezas em funo da temperatura para a gua
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Regulamos o controlador da bomba hidrulica para uma baixa vazo
(~0,1 L/min). Completa parte da primeira linha da Tabela 12.
Regulamos o controlador da bomba hidrulica para uma vazo
intermediria (~0,3 L/min). Acionamos o conjunto traador. Completamos a
segunda linha da Tabela 12.
Regulamos o controlador da bomba hidrulica para a vazo mxima
(~1,0 L/min). Acionamos o conjunto traador. Completamos a terceira linha da
Tabela 12.
Vazo (m3/s) Velocidade
(m/s)
Nmero de
Reynolds
Classificao
da Vazo
1 0,0000016667 0,104795 528,08 Laminar
2 0,000005 0,314380 1584,22 Laminar
3 0,0000166667 1,047936 5280,75 Turbulento
Tabela 13
Removemos o hidroduto menor de imerso e colocamos o hidroduto
maior de imerso, da repetimos o procedimento com vazes de 0,1 L/min, 0,4
L/min e 1,1 L/min, aproximadamente.
Vazo (m3/s) Velocidade
(m/s)
Nmero de
Reynolds
Classificao
da Vazo
1 0,0000016667 0,026199 264,04 Laminar
2 0,0000066667 0,104794 1056,15 Laminar
3 0,0000183333 0,288181 2904,39 Intermedirio
Tabela 14
Os dimetros internos dos tubos 1 (menor) e 2 (maior) so de 4,5 mm e
9mm, respectivamente.
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9. VELOCIDADE DE FLUIDOS POR UM ORIFCIO PEQUENO.
9.1. MATERIAL NECESSRIO
01 torre de haste trplice (O 1);
01 conjunto alinhador para cmara transparente (02);
01 cmara transparente vertical (03);
01 rgua T com escala milimetrada O a 280 mm (07);
01 becker de coleta, 600 mL (12);
02 bandejas maiores (23);
9.2. MONTAGEM
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9.3. ATIVIDADES
O desnvel H que a medida entre a lmina dgua da cmara
transparente vertical e o centro do orifcio (com o tampo de silicone) foi de 14
cm. (H = 14 cm).
Utilizamos um fio para marcarmos a posio X0 verticalmente abaixo do
orifcio.
O Desnvel Y que a medida entre o centro do orifcio e a bandeja foi de
51,5 cm (Y = 51,5 cm).
A distncia entre X0 e X que o alcance do jato dgua nas condies
deste de experimento foi de 30,5 cm, o tempo de queda da partcula contida no
jato foi de 1,67 s (t = 1,67).
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10. ESCOAMENTO DE FLUIDO POR TRS ORIFCIOS PEQUENOS VERTICALMENTE POSICIONADOS, EQ894 .
10.1. MATERIAL NECESSRIO
01 torre de haste trplice (01);
01 conjunto a:linhador para cmara transparente (02);
01 cmara transparente vertical (03);
01 rgua T comescala milimetrada O a 280 mm (07);
01 becker de coleta, 600 mL (12);
01 hidroduto transparente de 3 orifcios (10);
02 bandejas maiores (23);
10.2. MONTAGEM
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10.3. ATIVIDADES
Com a cmara transparente cheia, iniciamos o experimento abrindo o
registro, girando ~45.
Medimos a distncia entre o nvel zero e cada um dos orifcios (superior
1, central 2 e inferior 3).
H1 (cm) H2 (cm) H3 (cm)
2,5 7 11,5
Tabela 15
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Calculando a velocidade do fluido em cada um dos orifcios pela
seguinte equao:
Temos as seguintes velocidades:
V1 = 0,7 m/s
V2 = 1,2 m/s
V3 = 1,5 m/s
Com isso, conclumos que a velocidade de um fluido que escoa por um
orifcio depende apenas da altura entre o orifcio e a superfcie livre do fluido.
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11. O PRINCPIO FUNDAMENTAL DA HIDROSTTICA (PRINCPIO DE STEVIN) COM MANMETRO DE TUBO ABERTO.
11.1. MATERIAL NECESSRIO
01 torre de haste trplice (01);
01 conjunto alinhador para cmara transparente (02);
01 cmara transparente vertical (03) com tampa mvel
escalonada (04);
01 rgua T com escala milimetrada O a 280 mm (06);
01 becker de coleta, 600 mL (12);
01 brao B (13);
01 manmetro em U (14);
01 conjunto de tubos paralelos de altura varivel sem escala (15);
01 bandeja maior (23);
11.2. MONTAGEM
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33
11.3. ATIVIDADES
A tabela e o grfico a seguir, relacionam a massa especfica (kg/m3) da
gua em funo da temperatura (C). A temperatura da gua era de
aproximadamente 26 C no momento em que medimos.
Tabela 16
Grfico massa especfica da gua versus temperatura
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34
Consultando a Tabela 16 e o Grfico massa especfica da gua
versus temperatura determinamos o valor da massa especfica da gua
durante o experimento:
= 996,8 kg/m3
Consideramos a profundidade na cmara transparente variando de 0 a
100 mm (de 10 em 10 mm) a partir da lmina dgua.
Utilizamos a equao de Stevin Pm = .g.h para calcularmos o valor da
presso manomtrica nas profundidades de 10 em 10 mm a partir da lmina
dgua. Pra facilitar os clculos calculei a Presso Manomtrica em PASCAL.
Profundidade (mm) Presso manomtrica calculada
(Pa)
h0 = 0 Pm = .g. h0 = 0
h1 = 10 Pm = .g. h1 = 97,78608
h2 = 20 Pm = .g. h2 = 19,557216
h3 = 30 Pm = .g. h3 = 29,335824
h4 = 40 Pm = .g. h4 = 39,114432
h5 = 50 Pm = .g. h5 = 48,89304
h6 = 60 Pm = .g. h6 = 58,671648
h7 = 70 Pm = .g. h7 = 68,450256
h8 = 80 Pm = .g. h8 = 78,228864
h9 = 90 Pm = .g. h9 = 88,007472
h10 = 100 Pm = .g. h10 = 97,78608
Tabela 17
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35
A prxima tabela preenchemos com os valores das profundidades e o
valor medido da presso manomtrica.
Profundidade (mm) Presso manomtrica medida
(mmH2O)
h0 = 0 0
h1 = 10 3
h2 = 20 10
h3 = 30 16
h4 = 40 20
h5 = 50 24
h6 = 60 29
h7 = 70 35
h8 = 80 40
h9 = 90 44
h10 = 100 50
Tabela 18
Stevin nasceu em Burges, em 1548. Contribuiu de maneira significativa
no avano cientfico de sua poca. Dentre os mais variados estudos, pode-se
destacar o Princpio de hidrosttica, que trata acerca do deslocamento de
corpos mergulhados em gua e a explicao do paradoxo da hidrosttica - a
presso de um lquido independe da forma do recipiente, depende apenas da
altura da coluna lquida.
Observa-se, pela estrutura da equao, que a presso em qualquer
ponto do fluido independe da forma do recipiente ou da poro do lquido
escolhida. O fator determinante na presso apenas a altura da coluna de
fluido escolhida.
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36
11.4. GRFICO
Grfico Presso Manomtrica x Prof.
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60
Presso manomtrica medida x Profundidade
Presso manomtricamedida xProfundidade
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37
12. A ASSOCIAO DE BOMBAS HIDRULICAS EM SRIE, EQ879D.
12.1. MATERIAIS NECESSRIOS
01 painel de hidrodinmica EQ879D com sistema de sustentao;
02 sensores de presso absoluta 250 kPa miniDIN;
02 cabos miniDIN-miniDIN;
02 cmaras transparentes com alinhadores;
01 sistema de bombas hidrulicas associadas em srie;
02 fontes chaveadas 12 V / 3 A;
02 controladores da bomba hidrulica;
02 cabos RCA/RCA;
O1 calha com hidroduto com T redutor para sensor;
01 calha com hidroduto mdio;
01 calha com hidroduto longo;
O1 calha com hidroduto longo com T redutor para sensor e
registro;
01 painel com medidor de vazo;
O 1 mangueira com dutos rgidos para engate em conexo rpida;
01 bandeja plstica;
O 1 rgua longa O - 1000 mm magntica;
12.2. MONTAGEM
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38
12.3. ATIVIDADES
Ligamos as fontes de alimentao rede eltrica e regulamos o
controlador da bomba 1 no nvel 7 da escala. Ligamos o controlador da bomba
1 e deixamos o sistema retirar todo o ar da tubulao. Logo aps deligamos a
bomba, da regulamos a vazo para a bomba 1 e 2 no nvel 5 dos
controladores da bomba. Ligamos apenas a bomba 1 e anotamos o valor da
coluna de gua que o sistema permite alcanar, da ligamos a bomba 2 e
anotamos o valor. Utilizando a mesma montagem anterior, substitumos a calha
com hidroduto longo pela calha com hidroduto longo com T redutor para sensor
e registro e conectamos a sada do medidor de vazo. Conectamos o outro
sensor na calha com hidroduto longo com T redutor para sensor e registro.
Ligue as bombas 1 e 2 no nvel 5 e inicie o fechamento gradativo do registro da
calha.
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39
13. A CURVA CARACTERSTICA DE BOMBAS HIDRULICAS ASSOCIADAS EM SRIE, EQ879D.
13.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879D com sistema de sustentao;
02 sensores de presso absoluta 250 kPa;
02 cabos miniDIN-miniDIN;
02 cmaras transparentes com alinhadores;
01 sistema de bombas hidrulicas associadas em srie;
02 fontes chaveadas 12 V / 3 A;
02 controladores da bomba hidrulica;
02 cabos RCA/RCA;
01 calha com hidroduto com T redutor para sensor;
01 calha com hidroduto mdio;
01 calha com hidroduto longo com T redutor para sensor e
registro;
01 painel com medidor de vazo;
01 mangueira com dutos rgidos para engate em conexo rpida;
01 bandeja plstica;
01 rgua longa 0- 1000 mm magntica;
13.2. MONTAGEM
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40
13.3. ATIVIDADES Ligamos as fontes de alimentao rede eltrica e regulamos o
controlador da bomba 1 no nvel 7 da escala, depois ligamos o controlador da
bomba 1 e deixamos o sistema retirar todo o ar da tubulao, logo aps
desligamos a bomba. Ajustamos os controladores das bombas no nvel 6,
deixamos o registro do hidroduto longo totalmente aberto e ligamos apenas a
bomba 1. Utilizamos o software CidepeLab para lermos os valores de presso
da bomba 1. Variamos o nvel do controlador e anotamos os valores, na tabela
abaixo, das presses e vazes (mostrada no medidor de vazo).
Vazo (l/min) Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
0,5 96 111 15
0,39 92 107 15
0,3 89 106 17
0,27 87 104 17
0 81 103 22
Tabela 19
Ajustamos a bomba 1 no nvel 6 e ligamos a bomba 2 (nvel 5).
Anotamos os valores de presso e vazo.
Vazo (l/min) Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
0,71 95 119 24
0,63 89 116 27
0,51 82 112 30
0,3 74 106 32
0 67 103 37
Tabela 20
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41
13.4. GRFICOS
Grfico 1(uma) Bomba (nvel 6)
Grfico 2(duas) Bombas (nvel 6)
0
5
10
15
20
25
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Vazo x Presso
Vazo x Presso
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Vazo x Presso
Vazo x Presso
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42
14. O FENMENO DA CAVITAO NUMA ASSOCIAO DE BOMBAS EM SRIE, EQ879D.
14.1. MATERIAL NECESSRIO
01 painel de hidrodinmica EQ879D com sistema de
sustentao;
01 sensor de presso absoluta 250 kPa;
01 cabo miniDIN-miniDIN;
02 cmaras transparentes com alinhadores ;
01 sistema de bombas hidrulicas associadas em
02 fontes chaveadas 12 v/ 3 A;
02 controladores da bomba hidrulica;
02 cabos RCA/RCA;
01 calha com hidroduto com T redutor para sensor;
01 calha com hidroduto mdio;
01 calha com hidroduto longo;
01 painel com medidor de vazo;
01 mangueira com dutos rgidos para engate em conexo rpida;
01 bandeja plstica;
01 rgua longa 0- 1000 mm magntica;
14.2. MONTAGEM
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14.3. ATIVIDADES
Ligamos as fontes de alimentao rede eltrica e regulamos o
controlador da bomba 1 no nvel 7 da escala, ligamos o controlador da bomba 1
e deixamos o sistema retirar todo o ar da tubulao, logo aps desligamos a
bomba. Regulamos os controladores das bombas 1 e 2 para o nvel 12.
Ligamos a bomba 1 e anotamos o valor de presso no interior do duto.
Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
92 151 59
Tabela 21
Giramos 45 o registro da cmara transparente e anotamos o valor da
presso no interior do duto.
Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
64 121 57
Tabela 22
Ligamos a bomba 2, sem desligar a bomba 1 e observamos o que
estava ocorrendo no interior do duto, depois anotamos o valor da presso no
interior do duto.
Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
31 141 110
Tabela 23
Fechamos completamente o registro e anotamos a presso no interior
do duto.
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44
Presso 1 (kPa) Presso 2 (kPa) Presso (kPa)
17 103 86
Tabela 24
O fenmeno ocorrido foi a cavitao. A cavitao um fenmeno que
ocorre em um lquido quando a velocidade de escoamento to elevada que a
presso cai abaixo da presso de vapor, o que provoca vaporizao e o
consequente aparecimento de bolhas no interior do fluxo. Essas bolhas
implodem assim que a velocidade do escoamento cai e a presso aumenta, o
que faz com que o lquido circundante seja violentamente agitado, gerando-se
ondas de choque que podem provocar danos microscpicos em objetos
prximos. Esses danos, ao longo do tempo, podem atingir dimenses
considerveis, por isso a cavitao , em geral, uma ocorrncia indesejvel.
Alm dos danos fsicos, a cavitao provoca outros efeitos indesejveis, como
rudo e vibrao na tubulao.
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45
15. CONCLUSES
Com os ensaios realizados e atravs dos resultados obtidos por meios
de clculos e anlises pode-se concluir que o objetivo dos experimentos foi
alcanado. Acrescenta-se ainda como satisfatrio o fato de que o experimento
incumbiu aos seus realizadores estudar o assunto, o que proporcionou o
aprendizado da matria com xito.
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46
16. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
[1] Robert W. Fox, Alan T. McDonald & Philip J. Pritchard, "Introduo
Mecnica dos Fluidos", 5 ed., LTC Editora.
[2] ENGEL Y. E CIMBALA J. McGrawHill, Mecnica dos Fluidos:
Fundamentos e Aplicaes, (2006).
[3] FRANK WHITE, McGrawHill, Mecnica dos Fluidos, 4 Ed. (1999).