O objetivo desse desafio é provocar o seu senso crítico, buscando, na leitura, os fundamentos necessários à explicação e compreensão das questões propostas, conectando o conteúdo da Hidráulica à realidade. Além disso, esse desafio proporciona autonomia para que você seja capaz de organizar suas atividades mentais, de modo a desenvolver não somente o que compete às suas atribuições como estudante, mas também como futuro profissional.
Nossa atividade está dividida em cinco etapas, que deverão ser feitas individualmente. Você será desafiado a realizar os experimentos necessários para chegar ao cálculo de perda de carga distribuída em uma tubulação comercial. Assim, seus conhecimentos serão colocados à prova! Você está preparado? Vamos lá!
CONTEXTUALIZAÇÃO
Ao estudar a disciplina Hidráulica, observamos que se encontra no ramo da Engenharia Civil, e sua principal atribuição é o planejamento e a execução de obras ligadas aos diversos usos dos recursos hídricos, atendendo às necessidades básicas da população e possibilitando melhorias na saúde pública e, também, nas atividades econômicas.
Nesta atividade, você é o Engenheiro que deverá estimar a perda de carga em uma tubulação comercial a partir de experimentos para coleta de dados.
ETAPA 1
Você necessita coletar os valores das viscosidades cinemática da água a partir de experimentos laboratoriais. Para isso, você utilizará o laboratório virtual da Algetec®. Para realização dessas medições, você utilizará o experimento laboratorial do viscosímetro de Stokes. A partir do viscosímetro, você encontrará a velocidade terminal das esferas caindo nos tubos e, a partir disso, calculará a viscosidade dinâmica e, consequentemente, viscosidade cinemática. Para esse experimento, utilize a esfera de 8 mm e encontre a velocidade terminal para a água fazendo a média de quatro velocidades para esse fluido.
Utilize os seguintes valores:
ρesfera = 7850 kg/m3
ρágua = 1000 kg/m3
Compare os valores com os valores tabelados:
υ = Viscosidade cinemática da água 9,86 ∙ 10−7 (m2/s).
Considere aceleração da gravidade como 9,81 m²/s.
Obs.: tire um print de seu experimento e coloque como anexo junto ao seu MAPA.
ETAPA 2
Para cálculo da viscosidade dinâmica do fluido, você foi a um laboratório de materiais para determinar seu valor a partir de um viscosímetro. O experimento foi realizado com os seguintes passos: a viscosidade da água foi medida por um viscosímetro construído com dois cilindros concêntricos de 80 cm de comprimento. O diâmetro externo do cilindro interior é de 24 cm, e a folga entre os dois cilindros é de 0,005 cm. O cilindro interno é girado a 600 rpm, e o torque medido foi de 2,8 N ∙ m.
Obs.: utilize a massa específica da água como 1000 kg/m³.
Para o cálculo da viscosidade dinâmica, utilizar-se da fórmula:
Em que:
μ = viscosidade dinâmica (Pa.s).
T = torque (N.m).
l = folga entre os cilindros (m).
R = raio do cilindro (m).
n ̇= giro do cilindro (rps).
L = comprimento (m).
ETAPA 3
Cálculo do Número de Reynolds.
Para o cálculo do Número de Reynolds (Re), utilizar o valor da viscosidade cinemática mais próximo do valor de referência padronizado.
Para isso, você deverá escolher, entre os dois experimentos realizados, o valor que mais se aproxima do valor de referência (escolha um valor da etapa 1 ou da etapa 2).
υ = viscosidade cinemática da água 9,86 ∙ 10−7 (m2/s).
Para determinar a velocidade de escoamento, você deverá realizar o experimento virtual: PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA da Algetec®. O experimento virtual deverá ser realizado para a tubulação de PVC soldável de diâmetro comercial de 32 mm.
Para descobrir a vazão experimental, você deverá encontrar a perda de carga distribuída relacionada ao escoamento, conforme a imagem a seguir:
Figura 1 – Perda de carga distribuída experimental
Fonte: o autor.
Obs.: a vazão experimental encontrada estará em Litros/hora.
Determine o Número de Reynolds para uma tubulação de PVC soldável de diâmetro externo de 32 mm.
Responda: qual é o tipo de regime de acordo com o valor obtido pelo Re?
Obs.: tire um print de seu experimento e coloque como anexo junto ao seu MAPA.
ETAPA 4
Determine o fator de atrito a partir do diagrama de Moody (ANEXO II).
Para a determinação do fator de atrito, utilize o material da tubulação de PVC soldável com rugosidade de 0,0015 mm e diâmetro externo de 32 mm.
Obs.: para o cálculo da rugosidade relativa, utilize o diâmetro interno da tubulação.
Obs. 2: tire uma foto ou um print de seu diagrama de Moody preenchido.
ETAPA 5
Determine a perda de carga distribuída da tubulação entre o trecho A1 e A2 para a tubulação de PVC soldável de 32 mm com comprimento entre os pontos medidos de 0,5 m.
Para a realização do cálculo, utilize os valores encontrados nas etapas anteriores.
Considere a gravidade como 9,81 m/s².
Figura 2 – Medição dos pontos A1 e A2
Fonte: o autor.
Em que:
hf = perda de carga (m).
f = fator de atrito.
L = comprimento da tubulação.
D = diâmetro interno da tubulação (m).
V = velocidade de escoamento (m/s).
g = aceleração da gravidade (m²/s).
ANEXO I – Diagrama de Moody
Fonte: adaptado de: MACINTYRE, A. J. Manual de Instalações Hidráulicas e Sanitárias. 4. ed.: LTC, 2017.
ANEXO II – Diâmetros externo, interno e nominal das tubulações
Fonte: adaptado de: MACINTYRE, A. J. Manual de Instalações Hidráulicas e Sanitárias. 4. ed.: LTC, 2017.
