Mecânica dos fluidos/Exercícios resolvidos/E8

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Enunciado

Calcular a perda de carga em um escoamento de água através de um tubo de ferro de 50 m de comprimento e diâmetro de 60 mm, considerando que a vazão é de 10 l/s.

Solução

Precisamos primeiro calcular o Número de Reynolds, para saber se o escoamento é laminar ou turbulento:


NRe=ρ0v¯Dμ0=ρ0ΦDAμ0=4ρ0ΦDπD2μ0=4ρ0ΦπDμ0


NRe=4⋅1000kg/m3⋅10l/s3.14⋅60mm⋅0.0010kg⋅m−1⋅s−1=4⋅1000kg/m3⋅0.01m3/s3.14⋅0.060m⋅0.0010kg⋅m−1⋅s−1=210000


O escoamento é turbulento. A rugosidade de um tubo de ferro, de acordo com a tabela anexa ao Digrama de Moody, é de 0.15 mm. A rugosidade relativa é


Ne=eD=0.15mm60mm=0.0025


Para simplificar, vamos avaliar o fator de fricção por meio da fórmula proposta por Miller, uma vez que a fórmula de Blasius só pode ser empregada para Número de Reynolds até 100000:


Nf=0.25[log(e3.7D+5.74NRe−0.9)]−2=0.25[log(0.15mm3.7⋅60mm+5.74⋅210000−0.9)]−2


=0.026


Para validar a aproximação, joguemos esse valor na fórmula de Colebrook


Nf−2=−2.0log(13.7eD+2.51Nf−2NRe)


0.026−12=−2.0log(13.7⋅0.0025+2.510.026−12210000)


6.2=6.3


ou seja, o erro acarretado pelo uso da fórmula de Miller é pequeno.

De acordo com o Diagrama de Moody, para a rugosidade relativa de 0.0025 e NRe de 210000, o fator de atrito teria um valor realmente próximo de 0.026.


A perda de carga será dada por


ΔH=−12NfLDv¯2=−12NfLD(4ΦπD2)2=−12Nf16Φ2Lπ2D5


ΔH=−8⋅0.026⋅(10l/s)2⋅50m3.142⋅(60mm)5=−8⋅0.026⋅(0.01m3/s)2⋅50m3.142⋅(0.06m)5


=−130m2/s2


A perda de pressão será dada por


Δp=ρ0ΔH=1000kg/m3⋅−130m2/s2=−130kPa


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