Relatório Laboratório De Fenômenos De Transporte Velocidade Vazão 66262q

Relatório 05 Velocidade e Vazão

Junho 2015

Equações - Pressão: Δ𝑃= 𝛾á𝑔𝑢𝑎 x ΔH, - Velocidade: V= √2𝑔𝑃𝑑𝑖𝑛/ 𝛾 = √2𝑃𝑑𝑖𝑛/𝜌 - Vazão em volume (Q): 𝑄=𝑉.𝐴 - Vazão em massa (Qm): Qm=m/t - Vazão (QG): Qg=G/t; onde G= Peso (em N) Relações: QG = g x Qm = 𝛾 x Q Qm = 𝜌 x Q 𝑅𝑒 = 𝜌×𝑉×𝐷/𝜇 (Reynolds) 𝜇𝐴𝑟 = 17,2 × 10 −6𝑃𝑎 × 𝑠 (Viscosidade dinâmica do ar) 𝜇𝐻2𝑂 = 1,003 × 10 −3𝑃𝑎 × 𝑠 (Viscosidade dinâmica da água) Também foram adotadas algumas constantes como: 𝛾água = 9790 N/m³ , 𝛾ar = 12 𝑘𝑔 𝑘𝑔 N/m³, 𝜌água = 979,0 [𝑚3 ], 𝜌𝑎𝑟 = 1,225 [𝑚3 ] , 𝜌𝐻𝑔 = 13579 𝑘𝑔⁄ m³, e 𝑔 = 9,81 m/s².

Dados Coletados e Cálculos: Tubulação para escoamento do ar: 𝐴 = 0,270 x 0,310= 0,0837 m² Diâmetro Hidráulico (dh) = 4x𝐴 /Perímetro molhado = 0,2886 m² A = π x r² = 0,0654 m² Qm (kg/s) QG (N/s) Δhdin(mm) Δpdin(Pa) V(m/s) A (m²) Q (m³/s) 0,0367 0,360 0,0654 2S 11 0,132 0,458 0,030 0,0367 0,360 0,0654 1S 11 0,132 0,458 0,030 0,0380 0,372 0,0654 Central 12 0,144 0,485 0,031 0,0356 0,348 0,0654 1I 10 0,120 0,443 0,029 0,0294 0,288 0,0654 2I 7 0,084 0,370 0,024 TABELA 1. Dados coletados para escoamento do ar e cálculo da velocidade, da vazão (Em volume, massa e peso em cada ponto. Tubulação para escoamento de água (Abertura Total): Diâmetro = 80mm Determinação da área de medição: - RC = 0,013m - A = 0,00053 m² - R1S/1I = 0,022m – A = 0,00152 m² - R2S/2I = 0,029m – A = 0,00264 m² - R3S/3I = 0,034m - A = 0,00363 m² - R4S/4I = 0,037m – A = 0,00430 m² - R5S/5I = 0,040m – A = 0,00502 m²

TABELA 2. Dados coletados para escoamento de água, abertura total e cálculo da velocidade, da vazão (Em volume, massa e peso) em cada ponto. PT – Leitura do medidor referente a Pressão Total, PE – Leitura do medidor referente a Pressão Estática

5S 4S 3S 2S 1S Central 1I 2I 3I 4I 5I

PT(mm) 40,2 39,0 38,5 37,5 37,0 37,0 37,5 37,8 38,5 39,0 40,0

PE(mm) 50,5 52,3 53,0 53,5 53,5 53,5 53,5 53,0 52,0 51,4 50,5

Δhdin(cm) 10,3 13,3 14,5 16,0 16,5 16,5 16,0 15,2 13,5 12,4 10,5

Δpdin(Pa) 1008,37 1302,07 1419,55 1566,40 1615,35 1615,35 1566,40 1488,08 1321,65 1213,96 1027,95

V(m/s) 1,435 1,631 1,703 1,790 1,816 1,816 1,790 1,744 1,643 1,574 1,450

A (m²) 0,00502 0,00430 0,00363 0,00264 0,00152 0,00053 0,00152 0,00264 0,00363 0,00430 0,00502

Q (m³/s) Qm (kg/s) QG (N/s) 7,048 70,48 0,00720 6,863 68,63 0,00701 6,050 60,50 0,00618 4,630 46,30 0,00473 2,702 27,02 0,00276 0,950 9,50 0,00097 2,663 26,63 0,00272 4,503 45,03 0,00460 5,835 58,35 0,00596 6,630 66,30 0,00677 7,130 71,30 0,00728

Tubulação para escoamento de água (Abertura Parcial): TABELA 3. Dados coletados para escoamento de água, abertura parcial e cálculo da velocidade, da vazão (Em volume, massa e peso) em cada ponto. PT – Leitura do medidor referente a Pressão Total, PE – Leitura do medidor referente a Pressão Estática.

5S 4S 3S 2S 1S Central 1I 2I 3I 4I 5I

Δhdin(cm) 2,90 3,30 3,50 4,00 4,30 4,70 4,30 4,00 3,60 3,00 2,80

Δpdin(Pa) 3654,0 3780,0 4410,0 5040,0 5418,0 5922,0 5418,0 5040,0 4536,0 3780,0 3528,0

V(m/s) 0,760 0,774 0,834 0,894 0,927 0,970 0,927 0,895 0,848 0,774 0,748

A0 (m²) 0,00502 0,00430 0,00363 0,00264 0,00152 0,00053 0,00152 0,00264 0,00363 0,00430 0,00502

Q (m³/s) 0,00381 0,00332 0,00302 0,00236 0,00140 0,00051 0,00140 0,00236 0,00307 0,00332 0,00375

PE(mm) 43,6 43,5 43,5 43,2 43,0 42,8 47,2 47,0 46,8 46,4 46,4

PT(mm) 46,5 46,8 47,0 47,2 47,3 47,5 42,9 43,0 43,2 43,4 43,6

Distribuição de velocidades Para o caso de abertura total:

Perfil de velocidade para escoameto água (abertura total)

Posições de medição

6 4 2 0 1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

-2 -4 -6

Velocidade, V[m/s] FIGURA 1. Perfil de velocidade para escoamento de água com abertura total

Para o caso de abertura parcial:

Perfil de velocidade para água Posições de medição

6 4 2 0 0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

-2 -4 -6

Velocidade, V[m/s] FIGURA 2. Perfil de velocidade para escoamento de água com abertura parcial

1

1,9

Número de Reynolds: Fluído em escoamento

Número de Reynolds

Classificação

Ar

805.193,90

Turbulento

Água (totalmente fechado)

141.803,70

Turbulento

Água (abertura parcial)

974.835,50

Turbulento

Conclusão Pode-se considerar o escoamento do ar como um escoamento ideal, pois a viscosidade é baixa, sendo comprovada pelos valores próximos de velocidade, com baixo erro e variação na medição. Para a água, através dos perfis de velocidade, pode-se afirmar que o escoamento próximo a paredes apresenta menores velocidades devido a tensão de cisalhamento.

Referências [6] MUNSON, BRUCE R., 2002, Fundamentos da Mecânica dos Fluidos 3ª edição, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi.