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7/30/2019 Apostila Laboratorio de FTC 2009
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILLABORATRIO DE HIDRULICA
LABORATRIO - FENMENOS DE TRANSPORTE
PROFESSORAANDREZA KALBUSCHPROFESSORA CRISTINA DUDLER
2009
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILLABORATRIO DE HIDRULICAFENMENOS DE TRANSPORTE
PROFESSORASANDREZA KALBUSCH E CRISTINA DUDLER
ATIVIDADES DE LABORATRIO - FENMENOS DE TRANSPORTE
As atividades prticas vinculadas matria Fenmenos de Transporte (FTC)
tm por finalidade desenvolver o entendimento e aplicao dos conceitos relativos s
atividades tericas da disciplina. Para isso as atividades prticas foram divididas nos
seguintes experimentos:
- Experimento 01: Principais Propriedades dos Fluidos;
- Experimento 02: Medio de Presso;
- Experimento 03: Medio de Vazo pelo Mtodo Volumtrico;
- Experimento 04: Distribuio de Velocidades em Tubos Circulares Tubo
de Pitot;
- Experimento 05: Calibrao de Medidor Venturi.
Tais experimentos devem ser desenvolvidos pelos acadmicos matriculados
em FTC sob orientao de um professor responsvel, gerando como resultado, para
cada experimento, um relatrio desenvolvido em equipe. As seguintes instrues
devem ser seguidas para elaborao e entrega dos relatrios:
- a data limite para entrega dos relatrios est prevista no cronograma do
Laboratrio, disponvel em ;
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- o relatrio entregue at o prazo estabelecido valer, no mximo, 10,0
(dez) pontos. A penalidade para atrasos de 1,0 (um) ponto por dia de
atraso.
- caso a equipe no comparea aula prtica, a nota do relatrio ser 0,0
(zero). Se um ou mais acadmicos no comparecerem, estes recebero a
nota 0,0 (zero) no referido experimento, salvo em casos previstos no
regulamento da UDESC (o acadmico deve justificar ao professor atravs
de documentao vlida);
- os ttulos dos experimentos esto sujeitos a mudanas caso haja algum
imprevisto. O acadmico ser previamente avisado caso isso ocorra;
- os acadmicos que estejam repetindo a disciplina devem refazer os
experimentos;
- todos os resultados devem apresentar as respectivas unidades e devem
estar precedidos dos clculos. Podem ser utilizadas planilhas de clculo,
porm a metodologia de cada clculo deve estar anteriormente descrita;
- as justificativas tericas para todos os clculos devem conter indicao
da bibliografia consultada (exemplo: PORTO, 2001, p. 101), que deve ser
citada de acordo com as normas do Manual da UDESC para elaborao
de trabalhos acadmicos, disponvel em .
Os experimentos pertencentes s aulas prticas de FTC so realizados emuma bancada de ensaios constituda de um sistema de tubulao e acessrios de
PVC e cobre, reservatrio de medio, Medidor Venturi, Tubo de Pitot, manmetros e
piezmetros, conforme figuras 1 a 5.
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Figura 1 Bancada para experimentos do Laboratrio de Hidrulica
Figura 2 Medidor Volumtrico de Vazo
Figura 3 Medidor Venturi
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Figura 4 Tubo de Pitot
Figura 5 Manmetro Diferencial e conjunto de Piezmetros
O critrio de avaliao da matria FTC definido pelas expresses 1 e 2:
MS = 0,25xP1 + 0,25xP2 + 0,25xP3 + 0,25xNLAB (1)
NLAB = (PL1 + PL2 + MREL) (2)3
Onde:MS = Mdia SemestralP1, P2, P3 = Provas Tericas 1, 2 e 3NLAB = Nota de LaboratrioPL1 = Prova Laboratrio 1PL2 = Prova Laboratrio 2MREL = Mdia Relatrios 1 a 5
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1 EXPERIMENTO 01 - PROPRIEDADES BSICAS DOS FLUIDOS
OBJETIVO
O objetivo deste experimento determinar as propriedades fsicas relacionadas a
massa e volume de alguns lquidos e realizar a aplicao dos seguintes sistemas de
unidades: Sistema Internacional de Unidades, Sistema de Unidade Gravitacional Britnico e o
Sistema Tcnico ou de Engenharia.
FUNDAMENTOS TERICOS
As propriedades definidas a seguir tm a finalidade de caracterizar e, dessa forma,
permitir individualizar os diversos fluidos.
Massa Especfica (): denomina-se massa especfica de um material o quociente
entre a massa do fluido e o volume que contm essa massa. determinada pela equao 3.
Peso Especfico (): denomina-se peso especfico o quociente entre o peso de um
dado lquido e o volume que o contm. determinado pela equao 4.
Densidade (): densidade a relao entre a massa especfica desse material e a
massa especfica de uma substncia tomada por base. No caso dos lquidos, essa substncia
a gua a 4C (H2O= 1000 kg/m). determinada pela equao 5.
Sistemas de Unidades: existem hoje trs sistemas de unidades bastante utilizados:
Sistema Internacional (SI/MKS), Sistema de Unidade Gravitacional Britnico e o Sistema
Tcnico ou de Engenharia (MKfS).
= M (massa)V (volume)
= W (peso)V (volume)
= H2O
(3)
(4)
(5)
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Sistema Internacional Sistema Britnico Sistema Tcnico
Massa Especfica kg/m slug/p utm/m
Peso Especfico N/m Lbf/p Kgf/m
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Providenciar 03 (trs) tipos de lquidos diferentes, mais a gua. responsabilidade da
equipe providenciar o material. Atravs da teoria, a equipe dever encontrar um meio de
calcular as respectivas densidades dos lquidos. Aps o clculo da densidade utilizando a
balana, calcular a massa especfica da gua em, pelo menos, duas diferentes temperaturas,
utilizando o densmetro e a balana. O laboratrio fornece a balana e o densmetro.
QUESTIONRIO
1) Descreva o procedimento experimental adotado para: (a) determinao da massa
especfica; (b) determinao do peso especfico; e (c) determinao da densidade.
2) Com base nos dados coletados nas medies no laboratrio, calcule para cada lquido
(inclusive para a gua), a massa especfica (), o peso especfico () e a densidade (),
expressando estas propriedades nos trs sistemas de unidades.
3) Comparar os valores encontrados da massa especfica da gua nas diferentes
temperaturas. E compare o valor da massa especifica da gua com o valor padro (1000
Kg/m). Havendo diferena nestes valores, explique os possveis motivos.
4) Compare os valores experimentais da densidade da gua obtidos com a utilizao de
medidores volumtricos e de massa com os valores encontrados com a utilizao do
densmetro.
5) Qual dos lquidos utilizados na experincia mais denso? Por que um dos lquidos mais
denso do que o outro?
6) Discutir porque importante, em diversas aplicaes de engenharia, conhecer a massa
especfica, o peso especfico e a densidade. Exponha no mnimo 03 exemplos reais dessa
importncia.
Observaes: - todos os resultados devem apresentar os respectivos clculos e unidades;
- a bibliografia utilizada para elaborao dos relatrios deve ser citada de acordo com as
normas do Manual da UDESC para elaborao de trabalhos acadmicos.
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2 EXPERIMENTO 02 - MEDIO DE PRESSO
OBJETIVO
O objetivo deste experimento medir a diferena de presso em pontos de uma
tubulao atravs do emprego de piezmetros e manmetros.
FUNDAMENTOS TERICOS
Presso efetiva (Pef) num ponto de um fluido em equilbrio a presso que o fluido
exerce no ponto em questo. A presso efetiva depende somente do peso especfico e da
altura de coluna de fluido sobre o ponto em questo. determinada pela equao 6.
A presso absoluta ou presso total no fundo do recipiente a soma da presso
atmosfrica local (presso baromtrica) mais a presso efetiva, conforme equao 7.
O dispositivo mais simples para medir presses o tubo piezomtrico ou,
simplesmente, piezmetro. Consiste na insero de um tubo transparente na tubulao ou
recipiente onde se quer medir a presso. O lquido subir no tubo piezomtrico a uma altura
h, correspondente presso interna. Existem basicamente 03 tipos de piezmetros:
piezmetro de tubo vertical, de tubo inclinado e de tubo em U.No caso de presses muito grandes, o piezmetro substitudo com vantagem por
um tubo em U, chamado de manmetro, no qual se coloca um lquido de peso especifico
diferente do peso especifico do fluido do recipiente. O lquido manomtrico mais utilizado
o mercrio.
hpef =
efatmabs ppp +=
(6)
(7)
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Os manmetros diferenciais so utilizados entre dois pontos de um sistema em que
se escoa um lquido. Dois piezmetros colocados lado a lado podem funcionar como
manmetros diferenciais.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1) Com a bomba desligada, fechar todos os registros (R01-R09);
2) Abrir totalmente o registro do tubo em que sero feitos as medies e o registro de sada
do sistema (R10);
3) Conectar a mangueira do piezmetro na tomada de presso, em pontos de mesma cota
piezomtrica;
4) Fechar os trs registros dos piezmetros;
5) Ligar a bomba;
6) Abrir aos poucos o registro de esfera na entrada no sistema (R1);
7) Com o sistema j em funcionamento, aguardar alguns minutos de modo que o regime
estabilize;
8) Abrir totalmente os trs registros dos piezmetros, para eliminar o ar da mangueira do
piezmetro;
9) Fechar o registro central do piezmetro;
10) Medir as presses nos piezmetros;
11) Repetir a operao n 10, duas vezes, alterando a vazo em cada etapa atravs do
fechamento do registro de gaveta da sada do sistema;
12) Fechar os trs registros do piezmetro, desligar a bomba.
13) Com a bomba j desligada, fechar o registro R01;
14) Conectar as mangueiras do manmetro nas tomadas de presso onde estavam as
tomadas do piezmetro;
15) Fechar os registros do manmetro;
16) Ligar a bomba;
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17) Abrir aos poucos o registro de esfera na entrada no sistema (R01);
18) Com o sistema j em funcionamento, aguardar alguns minutos de modo que o regime
estabilize;
19) Abrir totalmente os dois registros do manmetro;
20) Medir a deflexo no manmetro;
21) Repetir a operao n 20, duas vezes, alterando a vazo em cada etapa atravs do
fechamento do registro de gaveta da sada do sistema;
22) Fechar os trs registros do manmetro, desligar a bomba.
23) Com a bomba j desligada, fechar o registro R01;
24) Conectar as mangueiras do manmetro em outras tomadas de presso, em pontos de
diferentes cotas piezomtricas;
25) Fechar os registros do manmetro;
26) Ligar a bomba;
27) Abrir aos poucos o registro de esfera na entrada no sistema (R01);
28) Com o sistema j em funcionamento, aguardar alguns minutos de modo que o regime
estabilize;
29) Abrir totalmente os dois registros do manmetro;
30) Medir a deflexo no manmetro;
31) Repetir a operao n 30, duas vezes, alterando a vazo em cada etapa atravs do
fechamento do registro de gaveta da sada do sistema;
32) Ao terminar a experincia, antes de desligar a bomba, fechar todos os trs registros dos
piezmetros e do manmetro;
33) Com a bomba j desligada, fechar o registro R01.
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MEDIO DE PRESSO - PIEZMETRO
ETAPAS
01
ALTURA 01(cm) ALTURA 02 (cm)
02
ALTURA 01 (cm) ALTURA 02 (cm)
03
Cota 1 = _____________ Cota 2 = _____________
MEDIO DE PRESSO MANMETRO
ETAPAS
01
ALTURA 01(cm) ALTURA 02 (cm)
02
ALTURA 01 (cm) ALTURA 02 (cm)
03
Cota 1 = _____________ Cota 2 = _____________
MEDIO DE PRESSO MANMETRO
ETAPAS
01
ALTURA 01(cm) ALTURA 02 (cm)
02
ALTURA 01 (cm) ALTURA 02 (cm)
03
Cota 1 = _____________ Cota 2 = _____________
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QUESTIONRIO
1. A presso que medida no piezmetro (bancada) a presso atmosfrica, relativa (ou
efetiva) ou absoluta? Justifique.
2. O conjunto de piezmetros da mesa (bancada) mede o qu? Em qual escala?
3. Expresse em m.c.a. (metros de coluna dgua), em mmHg (milmetros de coluna de
mercrio), no Sistema Internacional (SI), no Sistema Britnico e no Sistema Tcnico, o
valor das diferenas de presses, das medies realizadas com os piezmetros.
4. O manmetro diferencial de mercrio da mesa (bancada) mede o qu?
5. Demonstre como deve ser obtida a diferena de presso em m.c.a (metros de coluna
dgua), utilizando o manmetro diferencial de mercrio para os dois casos: em pontos
com e sem diferena de cotas piezomtricas.
6. Expresse em m.c.a. (metros de coluna dgua), em mmHg (milmetros de coluna de
mercrio), no Sistema Internacional (SI), no Sistema Britnico e no Sistema Tcnico, o
valor das diferenas de presses, das medies realizadas com o manmetro.
Observaes: - todos os resultados devem apresentar os respectivos clculos e unidades;
- a bibliografia utilizada para elaborao dos relatrios deve ser citada de acordo com as
normas do Manual da UDESC para elaborao de trabalhos acadmicos.
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3 EXPERIMENTO 03 - MEDIO DE VAZO PELO MTODO VOLUMTRICO
OBJETIVO
O objetivo deste experimento medir a vazo em um sistema de tubos atravs do
mtodo volumtrico.
FUNDAMENTOS TERICOS
O mtodo volumtrico para medio de vazes parte da prpria definio de vazo:
volume escoado na unidade de tempo. Assim, medindo-se o volume que se escoou durante
um certo perodo de tempo, obtm-se a vazo mdia durante esse tempo. Esse mtodo s
vivel para pequenas vazes.
Para a medio dos volumes utilizam-se tanques convenientemente aferidos; e para
a medio do tempo utilizam-se cronmetros. As tcnicas utilizadas variam muito com a
natureza do problema e com a preciso desejada. O mtodo mais simples consiste em dispor
de cronmetro, com atuao manual, e de um tanque aferido.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1) Com a bomba desligada, fechar todos os registros (R01-R09);
2) Abrir totalmente o registro do tubo em que sero feitas as medies e o registro de sada
do sistema (R10);
3) Ligar a bomba;
4) Abrir aos poucos o registro de esfera na entrada no sistema (R01);
5) Com o sistema j em funcionamento, aguardar alguns minutos de modo que o regime
estabilize;
6) Medir a vazo atravs do mtodo volumtrico;
7) Repetir a operao n 6, quatro vezes, alterando o tempo de medio (10s, 15s, 20s e
25s). Para cada tempo de medio repetir a operao 03 vezes;
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8) Com a bomba j desligada, fechar o registro R01.
MEDIO DA VAZO PELO MTODO VOLUMTRICO
ETAPAS ALTURA (___) Tempo (__)01
02
03
04
rea do tanque de medio de volume = ______ x ______
QUESTIONRIO
1) Calcular a vazo para cada etapa das medies.
2) Qual a porcentagem de erro em cada etapa quando comparados estes valores mdiadas 4 etapas? Com qual mdia de tempo mais apropriado trabalhar para obter menor de
erro? Justifique.
3) Determine, para cada etapa: a vazo em peso (Qp) e a vazo em massa (Qm) no Sistema
Internacional.
4) Sabendo que o consumo de gua de uma famlia hipottica de 4 pessoas de 800 litros
por dia, quantas horas um sistema moto-bomba similar ao utilizado no presente experimento
precisaria trabalhar por dia, para abastecer um reservatrio com capacidade de reservao
igual ao consumo de um dia para esta famlia?
Observaes: - todos os resultados devem apresentar os respectivos clculos e unidades;
- a bibliografia utilizada para elaborao dos relatrios deve ser citada de acordo com as
normas do Manual da UDESC para elaborao de trabalhos acadmicos.
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4 EXPERIMENTO 04 - DISTRIBUIO DE VELOCIDADES EM TUBOSCIRCULARES TUBO DE PITOT
OBJETIVO
O objetivo deste experimento , com o auxlio do tubo de Pitot, medir e obter umperfil de velocidades em tubos circulares.
MEDIO DA DIFERENA DE PRESSO
cm TUBO DE PITOT 01 cm TUBO DE PITOT 02LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02
2,4 2,4
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 022,1 2,1
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 021,8 1,8
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 021,5 1,5
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 021,2 1,2
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 020,9 0,9
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 020,6 0,6
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 020,3 0,3
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 020,0 0,0
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-0,3 -0,3
continua .
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continuao .cm TUBO DE PITOT 01 cm TUBO DE PITOT 02
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-0,6 -0,6
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-0,9 -0,9
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-1,2 -1,2
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-1,5 -1,5
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-1,8 -1,8
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-2,1 -2,1
LEITURA 01 LEITURA 02 LEITURA 01 LEITURA 02-2,4 -2,4
concluso .
MEDIO DA VAZO PELO MTODO VOLUMTRICO
Altura (cm) Tempo (s)
rea do tanque de medio de volume = ______ x ______
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QUESTIONRIO
1) Qual a finalidade do tubo de Pitot?
2) Demonstre a metodologia de clculo da diferena de presso, em cm.c.a, entre um ponto
de medio e a parede do tubo para o tubo de Pitot 01.
3) Calcule a diferena de presso, em cm.c.a., entre os pontos de medio e a parede do
tubo para o tubo de Pitot 01.
4) Demonstre a metodologia de clculo da diferena de presso, em cm.c.a, entre um ponto
de medio e a parede do tubo para o tubo de Pitot 02.
5) Calcule a diferena de presso, em cm.c.a., entre os pontos de medio e a parede do
tubo para o tubo de Pitot 02.
6) Calcule a velocidade pontual, para o tubo de Pitot 01 e 02, ao longo do dimetro do tubo.
Justifique o emprego das frmulas necessrias para o clculo, demonstrando a metodologia
utilizada para o clculo das velocidades.
7) Calcular a vazes atravs do perfil de velocidade, considerando o perfil simtrico emrelao parte superior do tubo. Calcular o erro da vazo em relao vazo volumtrica
medida.
8) Calcular a velocidade mdia do escoamento.
9) Representar graficamente o perfil de velocidade para cada tubo de Pitot. Representar a
velocidade mdia calculada no item anterior.
10) Calcule o valor da constante K para o tubo de Pitot, sendo:
Observaes: - todos os resultados devem apresentar os respectivos clculos e unidades;
- a bibliografia utilizada para elaborao dos relatrios deve ser citada de acordo com as
normas do Manual da UDESC para elaborao de trabalhos acadmicos.
mxima
mdia
V
V
K =
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5 EXPERIMENTO 05 - CALIBRAO VENTURI
OBJETIVO
O objetivo desta experincia medir a vazo em uma tubulao utilizando um medidor
Venturi.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1) Com a bomba desligada, fechar todos os registros (R01-R09);
2) Abrir totalmente o registro do tubo em que sero feitos as medies e o registro de sada
do sistema (R10);
3) Conectar as mangueiras do manmetro de presso do medidor Venturi;
4) Fechar os dois registros dos manmetros;
5) Ligar a bomba;
6) Abrir aos poucos o registro de esfera na entrada no sistema (R1);
7) Com o sistema j em funcionamento, aguardar alguns minutos de modo que o regime
estabilize;
8) Abrir totalmente os dois registros dos manmetros;
9) Medir a deflexo no manmetro;
10) Medir a vazo atravs do mtodo volumtrico;
11) Repetir as operaes n 9 e n 10, trs vezes, alterando o fechamento do registro de
gaveta na sada do sistema;
12) Ao terminar a experincia, antes de desligar a moto-bomba, fechar todos os dois
registros do manmetro;
13) Com a bomba j desligada, fechar o registro R01.
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TABELAS PARA MEDIO
ETAPA VAZO - MTODOVOLUMTRICO
MANMETRO
ALTURA( ) TEMPO( ) LEITURA 01 LEITURA 0201
ALTURA( ) TEMPO( ) LEITURA 01 LEITURA 0202
ALTURA( ) TEMPO( ) LEITURA 01 LEITURA 0203
rea do tanque de medio de volume = ______ x ______
D tubo = ___________________
QUESTIONRIO
1) Qual a funo do medidor Venturi?
2) Deduza a frmula
Onde: Q = Vazo na vena contracta (estrangulamento)K = Coeficiente de vazo
A2= rea do orifciog = acelerao da gravidadeh = diferena de presso em m.c.a
3) Calcule:
a) O valor do coeficiente K (coeficiente de vazo) para o Venturi, considerando a vazo
volumtrica, e adotando:
Onde: A2= rea do orifcio e A1= rea do tubo
hgKAQ = 22
45,01
2 =A
A
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b) Sabendo que o valor do coeficiente K dado pela frmula a seguir, calcule a porcentagem
de erro para cada etapa.
4) Calcule o valor da vazo com os dados obtidos experimentalmente com o auxlio do
Medidor Venturi (utilizando o coeficiente de vazo dado pela frmula anteriormente citada) e
compare com os valores obtidos atravs do mtodo da vazo volumtrica (para cada etapa).
Estabelea o erro percentual.
5) Para cada etapa, calcule o valor da velocidade de escoamento utilizando os dados obtidos
experimentalmente com o auxlio do Medidor Venturi. Calcule tambm os valores de
velocidade de escoamento utilizando o mtodo da vazo volumtrica. Compare estes valores
estabelecendo, para cada etapa, o erro percentual.
6) Calcule o nmero de Reynolds utilizando os dados obtidos atravs do Medidor Venturi e
da medio volumtrica. Estabelea o erro percentual para cada etapa.
Observaes: - todos os resultados devem apresentar os respectivos clculos e unidades;
- a bibliografia utilizada para elaborao dos relatrios deve ser citada de acordo com as
normas do Manual da UDESC para elaborao de trabalhos acadmicos.
2
2
2
1
1
AA
AK
=