Apostila Laboratorio de FTC 2009

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.


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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estabilize;

19) Abrir totalmente os dois registros do manmetro;

20) Medir a deflexo no manmetro;



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;



estabilize;

29) Abrir totalmente os dois registros do manmetro;




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


02


03

Cota 1 = _____________ Cota 2 = _____________

MEDIO DE PRESSO MANMETRO

ETAPAS

01


02


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.





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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.



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;



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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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?





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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 02-0,3 -0,3

continua .


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continuao .cm TUBO DE PITOT 01 cm TUBO DE PITOT 02








concluso .

MEDIO DA VAZO PELO MTODO VOLUMTRICO

Altura (cm) Tempo (s)



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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:




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.



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;



estabilize;

8) Abrir totalmente os dois registros dos manmetros;


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;



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TABELAS PARA MEDIO

ETAPA VAZO - MTODOVOLUMTRICO

MANMETRO

ALTURA( ) TEMPO( ) LEITURA 01 LEITURA 0201




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.




2

2

2

1

1

AA

AK

=

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