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LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
Prof. Gerônimo Virgínio Tagliaferro
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena – EEL
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FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena – EEL
Programa Resumido
1) Determinação do número de Reynolds
2) Medidas de vazão em líquidos
3) Determinação de potência de bomba
4) Esvaziamento de tanques cilíndricos
5) Determinação do fator de atrito em tubulações
6) Ensaios reológicos.
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FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena – EEL
Experimentos:
1) Determinação do número de Reynolds, utilizando o aparato experimental;
2) Medidas de Vazão em líquidos: determinação da vazão com utilização de
placa de orifício, Venturi e rotâmetro;
3) Determinação de potência de bomba centrífuga a partir da vazão
volumétrica e das perdas de carga distribuída e localizada nas linhas de
sucção e recalque de um sistema hidráulico;
4) Esvaziamento de tanques cilíndricos: aplicação das equações de
conservação de massa e energia na determinação do tempo de
esvaziamento de tanques e comparação com dados experimentais;
5) Determinação do fator de atrito em tubulações: avaliação do fator de atrito
em função do número de Reynolds em tubulações
6) Ensaios reológicos: com a utilização de vários tipos de viscosímetros para
determinar as viscosidades dinâmica e cinemática.
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FENÔMENOS DE TRANSPORTE EXPERIMENTAL
AVALIAÇÃO:
P1 = Prova Teórica
MR = Média dos Relatórios Experimentais (6 experimentos)
CRITÉRIO: Aprovação: MF > 5,0 Reprovação: MF < 3,0 Recuperação: 3,0 < MF < 5,0
RECUPERAÇÃO: NF = (MF + PR)/2 onde: PR = prova de recuperação.
Aprovação: NF > 5,0 Reprovação: NF < 5,0
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1*0,4 *0,6P MRMÉDIA =
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Bibliografia
1) FOX, R.W.; PRITCHARD, P.J.; McDONALD, A.T.
Introdução à Mecânica dos Fluidos. Ed. Gen LTC, 7 ed,
Rio de Janeiro/RJ, 2010.
2) ÇENGEL, Y.A.; COMBALA, J.M. Mecânica dos Fluidos:
fundamentos e aplicações. McGraw-Hill Education
(AMGH Editora Ltda), Porto Alegre/ RS, 2007.
3) COUPER, JR.; PENNEY, W.R.; FAIR, J.R.; WALAS,
S.M. Chemical Process Equipment: Selection and
Design. Amsterdam: Elsevier, 2005.
4) TROPEA, C.; YARIN, A.L.; FOSS, J.F. Handbook of
Experimental Fluid Mechanics. Ed Springer. Springer-
Verlag Berlin Heidelberg. 2007
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Escola de Engenharia de Lorena – EEL
Seis grupos formados
Prova P1 – 29/11/2018 – Na sala 106.
Grupos/Datas 16/08/18 23/08/18 30/08/18 13/09/18 20/09/18 27/09/18 04/10/18 11/10/18 18/10/18 25/10/18 01/11/18 08/11/18
Grupo 1 Exp 1 - Exp 4 - Exp 5 - Exp 6 - Exp 2 - Exp 3 -
Grupo 2 Exp 2 - Exp 5 - Exp 6 - Exp 1 - Exp 3 - Exp 4 -
Grupo 3 Exp 3 - Exp 6 - Exp 1 - Exp 5 - Exp 4 - Exp2 -
Grupo 4 - Exp 1 - Exp 4 - Exp 5 - Exp 6 - Exp 2 - Exp 3
Grupo 5 - Exp 2 - Exp 5 - Exp 6 - Exp 1 - Exp 3 - Exp 4
Grupo 6 - Exp 3 - Exp 6 - Exp 1 - Exp 5 - Exp 4 - Exp2
Grupos e datas dos experimentos
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Nome/datas/
presença16/08/18 30/08/18 20/09/18 04/10/18 18/10/18 01/11/18
Nome/datas/
presença23/08/18 13/09/18 27/09/18 11/10/18 25/10/18 08/11/18
Vinicius Felizardo de Oliveira Fernanda Fuzinaga Higa
Gabriela Furlan Chudzinski Vanessa de Souza Fonseca
Priscila Pereira Letícia Mira Buzone
Aline Ávila Marjorie Cristina Albiero Nogueira
Lucas Romero Fellipe Potzik Dutra
Joana Gonçalves dos Santos Kaio Gabriel Pereira
Adriele Braga da Mota
Diogo Sevilha Couto Dauane Rezende Sa
Bruno Henrique Gomes Oliveira Rafaela Medeiros Dionizio
Guilherme Fernandes de Mattos Marcela de Oliveira Leite
Pedro Henrique de Oliveira Torres Karina de Paula Santos Vieira
Gabriel Ferreira Martins Silva Lucas Figueiredo
Leonardo Jordão Juliana Giancoli
Valéria Oliveira Julia Resende
Isabela Gouvea Silva
Jose Luiz da Silva Sabio Ana Zanetti Fernandes
Rafael de Paiva e Silva Camila Mota Mancilha
Victor Hugo Ferreira Alves Cynthia Higajo Mishima
Marcos Lopes Dheyne Elen Souza Telles
Paulo Miki Isabela Gonçalves Pavan
Fernando Spinola Espirito Santo Lourenço Luisa Ricieri BorchioGrupo 3 Grupo 6
Componentes dos Grupos e Presença nos Experimentos
Grupo 1 Grupo 4
Grupo 2 Grupo 5
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ELABORAÇÃO DO RELATÓRIO CIENTÍFICO
Capa: Título do Experimento e identificação do grupo e dos
integrantes (nome e número de matrícula)
Sumário (resumo)
Introdução
Materiais e Métodos
Resultados e Discussão
Conclusão
Referências Bibliográficas
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EXPERIMENTO 1
ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS EM
FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE CILÍNDRICOS
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
INTRODUÇÃO
A experiência consiste em analisar através de dutos a vazão de
água de um recipiente cilíndrico e também as aplicações das equações de
conservação de energia e conservação da massa para escoamento em
recipiente de formato cilíndrico com duto de saída também cilíndrico.
Tem por objetivo também mostrar a importância da formulação
teórica para a comparação com as medidas experimentais.
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
ARRANJO FÍSICO
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ARRANJO FÍSICO
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
EQUAÇÃO QUE REGE O FENÔMENO
Equação desenvolvida pelo prof. René Khattar:
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
OUTRAS RELAÇÕES RELEVANTES
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir
deverão ser entregues ao professor ao término do experimento. O grupo
deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório.
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir
deverão ser entregues ao professor ao término do experimento. O grupo
deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório.
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir
deverão ser entregues ao professor ao término do experimento. O grupo
deverá providenciar uma cópia para que possam elaborar o relatório.
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
RESULTADOS
Calcular:
V1, V2, Re, f, hl, hd, tteórico e o desvio de cada tempo encontrado;
Plotar os gráficos texp versus altura e tteórico versus altura;
Completar a tabela a seguir com os devidos valores calculados para
cada duto (A, B, C, D, E, F).
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EXPERIMENTO 1: ESTUDO DO TEMPO DE ESCOAMENTO DE
LÍQUIDOS EM FUNÇÃO DA ALTURA, PARA RECIPIENTE
CILÍNDRICOS
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h (m) t (s) V1 (m/s) V2 (m/s) Re f hl (m) hd (m) tteór (s) e (%)
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EXPERIMENTO 2
DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM
O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES FORMAS
SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
INTRODUÇÃO
Esta experiência visa principalmente a determinação da
temperatura no centro geométrico de diferentes formas sólidas (placa,
cilindro e esfera). Será feita também a comparação com a análise
transiente de parâmetros concentrados, objetivando verificar a validade da
hipótese de parâmetros concentrados.
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
ARRANJO FÍSICO
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ARRANJO FÍSICO
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
EQUAÇÕES QUE REGEM O FENÔMENO
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser
entregues ao professor ao término do experimento. O grupo deverá providenciar
uma cópia para que possam elaborar o relatório.
NO TOTAL SERÃO 6 TABELAS
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
Geometrias:
Placa
Cilindro
Esfera
Materiais:
Cobre e Alumínio
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EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA VARIAÇÃO DA
TEMPERATURA COM O TEMPO NO CENTRO DE DIFERENTES
FORMAS SÓLIDAS IMERSAS EM FLUIDO A TEMPERATURA
CONSTANTE
RESULTADOS
Plotar os gráficos:
Temperatura x tempo (experimental)
Temperatura x tempo (teórico)
Comparar e discutir os resultados encontrados.
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EXPERIMENTO 3
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE CARGA E DA
RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO FORÇADO
DE LÍQUIDOS
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
INTRODUÇÃO
Esta experiência visa principalmente a aplicação da equação de
conservação de energia e conservação da massa para escoamento
forçado em recipiente de formato cilíndrico e a utilização de manômetro
diferencial na tomada de medições.
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
ARRANJO FÍSICO
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ARRANJO FÍSICO
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
EQUAÇÕES QUE REGEM O FENÔMENO
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao
professor ao término do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que
possam elaborar o relatório.
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
OBSERVAÇÃO: os dados contidos nas tabelas mostradas a seguir deverão ser entregues ao
professor ao término do experimento. O grupo deverá providenciar uma cópia para que
possam elaborar o relatório.
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Anotar a temperatura da água em cada coleta e ao final do
experimento adotar o valor médio da temperatura da água;
Temperatura média para referência na determinação:
H2O, H2O , Hg
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo da vazão mássica:
Onde: mc = mágua + mbalde (massa do conjunto)
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t
mmm baldec
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo da velocidade:
Onde: A = área do tubo
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A
mV
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo de p:
Adotar g = 9,81 m/s2
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hp OHHg 2
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo de hd:
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OH
d
ph
2
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo de Re:
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VdRe
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo do fator de atrito (f):
Onde: d = diâmetro do tubo
L = comprimento do tubo
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2
2
V
g
L
dhf d
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
Cálculo da rugosidade relativa (/d)
Equação de Colebrook:
Onde d = diâmetro do tubo
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f
d
f Re
51,2
7,3
/ln86,0
1
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
PROCEDIMENTO
A partir da rugosidade relativa (/d), determinar a rugosidade do
tubo ()
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
RESULTADOS
Completar a tabela
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mh
(mmHg)
p
(Pa)
hd
(m)
(kg/s)
V
(m/s) f Re /d (m)
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
RESULTADOS
Plotar o gráfico perda de carga x vazão
Plotar em escala di-log
f x Re
f x /d
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
RESULTADOS
Calcular a rugosidade do tubo
Calcular o número de Reynolds
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EXPERIMENTO 3: ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA PERDA DE
CARGA E DA RUGOSIDADE DO TUBO NO ESCOAMENTO
FORÇADO DE LÍQUIDOS
RESULTADOS
Comparação entre o valor calculado e o valor tabelado para
pesquisar o valor de tabelado para o tubo de latão
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100exp
exp
tabErro (%) =