Relatório de Aula Prática - Hidráulica e Hidrometria

Público Hidráulica e Hidrometria Público Disciplina Hidráulica e Hidrometria ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1 Unidade 1 Fundamentos de Mecânica dos Fluidos Aula Experimento de Reynolds Software Acesso online Escolher um item Infraestrutura Computrador Acesso ao simulador de laboratório ALGETEC Requisito mínimo memória RAM de 4GB Se utilizar Windows 7 dê preferência ao navegador Mozilla Firefox Caso utilize o Windows 1011 dê preferência ao navegador Google Chrome Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador Seu primeiro acesso será um pouco mais lento pois alguns plugins são buscados no seu navegador A partir do segundo acesso a velocidade de abertura do experimento será mais rápida Descrição do software ALGETEC Laboratórios Virtuais simula o ambiente real e proporciona ao estudante a execução de experimentos sem sair de casa Replica a aula prática com alto grau de fidelidade ao laboratório físico tradicional Atividade Prática Introdução O número de Reynolds é assim chamado graças ao engenheiro Osborne Reynolds que por volta de 1880 realizou vários testes para entender a relação entre as características do fluido tubulação e o regime de escoamento Ele descobriu que o regime do escoamento depende principalmente da razão das forças inerciais e as forças viscosas do fluido Para verificar o comportamento do fluido Reynolds utilizou uma montagem que constituía de uma tubulação que passava água com uma válvula para controlar a vazão e um reservatório com corante que foi injetado na água durante os experimentos O número de Reynolds é calculado através da seguinte fórmula 𝑅𝑒 𝑈 𝑥 𝐷 𝑣 Onde U é a velocidade média de escoamento D é o diâmetro da tubulação e v é a viscosidade cinemática da água Logo Reynolds definiu os intervalos referente à classificação dos regimes laminar e turbulento Público assim como a transição para tubulações condutos ou canalizações Regime Laminar Re 2000 Transição 2000 Re 4000 Regime Turbulento Re 4000 Atividade proposta Experimento de Reynolds Identificar regimes de escoamento Objetivos Compreender os fundamentos de mecânica dos fluidos Realizar o experimento de Reynolds Identificar os regimes de escoamento laminar e turbulento Procedimentos para a realização da atividade 1 Verificação do posicionamento das válvulas registros Caro estudante efetue as alterações de posicionamento das válvulas conforme a Tabela 1 TABELA 1 Condições das válvulas registros Válvula 1 a Aberta Válvula 1 b Aberta Válvula 2 a Fechada Válvula 2 b Aberta Válvula 2 c Parcialmente Aberta Válvula 3 Aberta Válvula 4 Aberta Válvula 5 Aberta Válvula 6 Aberta Válvula 7 Aberta Válvula 8 Aberta Válvula 9 Aberta Válvula 10 Aberta Válvula 11 Aberta Válvula I Aberta Válvula II Aberta Válvula 13 Aberta Válvula 14 Fechada Válvula 15 Fechada Altere o posicionamento das válvulas se necessário clicando com o botão esquerdo do mouse sobre elas Observe o exemplo abaixo da válvula 10 Figura 1 Público Figura 1 Posição Válvula 10 aberta Fonte Manual Algetec Na posição acima a válvula encontrase aberta Já na Figura 2 abaixo ela encontrase fechada Figura 2 Posição Válvula 10 fechada Fonte Manual Algetec 2 Habilitando as bombas Dirijase para a câmera Válvulas de controle clicando com o botão esquerdo do mouse sobre essa opção no menu de visualização Ver Figura 3 Público Figura 3 Válvula de Controle Fonte Manual Algetec Girar a Válvula 2 c no sentido horário clicando com o botão direito do mouse sobre a Válvula até chegar na posição de 40 de abertura Figura 4 Figura 4 Posição da Válvula 2c Fonte Manual Algetec Dirijase ao painel elétrico clicando na opção Painel elétrico no menu de visualização com o botão esquerdo do mouse Figura 5 Público Figura 5 Painel elétrico Fonte Manual Algetec Habilite as bombas 1 e 2 no painel elétrico clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o botão Habilitar bomba 1 e sobre o botão Habilitar bomba 2 Figura 6 Figura 6 Habilitação as bombas 1 e 2 Fonte Manual Algetec Público Ligue o painel elétrico clicando no botão LIGA com o lado esquerdo do mouse Figura 7 Figura 7 Ligação do painel elétrico Fonte Manual Algetec Dirijase ao Rotâmetro clicando na opção Válvulas de controle no menu de visualização com o botão esquerdo do mouse Figura 8 Figura 8 Menu visualização Válvulas de controle Fonte Manual Algetec Público Abra totalmente a válvula 2c clicando com o botão direito do mouse para girala no sentido anti horário ao perceber o fluxo de água no Rotâmetro Figura 9 Figura 9 Abertura da Válvula 2c Fonte Manual Algetec 3 Enchendo o reservatório de água Dirijase ao painel elétrico como já orientado anteriormente e habilite a janela de popup do potenciômetro clicando com o botão direito do mouse sobre ele Figura 10 Figura 10 Habilitação janela popup Público Fonte Manual Algetec Dirijase ao reservatório de acrílico clicando sobre a opção Reservatório de acrílico no menu de visualização com o botão direito do mouse Figura 11 Figura 11 Reservatório acrílico Fonte Manual Algetec Feche a válvula 13 seguindo os mesmos comandos do passo 1 deste roteiro assim que perceber o nível de água subindo Figura 12 Figura 12 Fechamento da Válvula 13 Público Fonte Manual Algetec Feche a válvula 12 assim que perceber que o reservatório está completamente cheio Figura 13 Figura 13 Fechamento da Válvula 12 Fonte Manual Algetec 4 Medindo a Vazão Habilite a janela popup do reservatório de acrílico clicando com o botão direito sobre ele e observe a altura do fluido no reservatório Meça o volume de água considerando as seguintes dimensões do reservatório 40 cm de comprimento 32 cm de largura e 4740 cm de altura Público Figura 14 Habilitação janela popup do reservatório Fonte Manual Algetec Habilite o cronômetro clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a aba do menu cronômetro Figira 15 Figura 15 Habilitação janela popup do cronômetro Fonte Manual Algetec Dirijase ao tubo de Reynolds clicando em Tubo de Reynolds no menu de visualização com o botão esquerdo do mouse Figura 16 Público Figura 16 Tubo de Reynolds Fonte Manual Algetec Abra a válvula 14 na porcentagem escolhida clicando sobre a válvula com o botão direito do mouse ao abrir aperte o play do cronômetro Figura 17 Figura 17 Tubo de Reynolds Fonte Manual Algetec Ao passar 1 minuto no cronômetro feche a válvula 14 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela e anote o novo volume do vazo de acrílico Figura 18 Público Figura 18 Fechamento da Válvula 14 Fonte Manual Algetec 5 Observando o regime de escoamento Dirijase ao painel elétrico como orientado anteriormente e habilite o popup da válvula 15 clicando com o botão direito sobre a válvula Figura 19 Figura 19 Habilitação do popup Válvula 15 Fonte Manual Algetec Volte para o tubo de Reynolds como orientado anteriormente e abra a válvula 15 arrastando a Público barra no popup Figura 20 Figura 20 Abertura da Válvula 15 Fonte Manual Algetec Abra a válvula 14 como já orientado anteriormente na mesma porcentagem utilizada para medir a vazão e observe o comportamento do escoamento do fluido Figura 21 Figura 21 Abertura da Válvula 15 Fonte Manual Algetec Público Checklist 1 Verificação do posicionamento das válvulas registros Realizar todas atlerações com a bancada desligada Considere o diâmetro interno no tubo de Reynolds igual a 44 mm Efetue as alterações conforme a Tabela 1 2 Habilitando as bombas Posicione a Válvula 2 c com 40 da sua capacidade Em seguida habilite as bombas no painel elétrico e aperte o botão de ligar Após observar o fluxo de água no rotâmetro abra a Válvula 2 c completamente 3 Enchendo o reservatório de água Ajuste o potenciômetro para o controle de vazão para que a água entre no reservatório Em seguida feche a Válvula 13 Assim que notar que o npivel de água no reservatporio está subindo feche a Válvula 12 após o reservatório encher completamente 4 Medindo a Vazão Meça o volume de água presente no reservatório Considere as seguintes dimensões 40 cm de comprimeto 32 cm de largura e 474 cm de altura Em seguida abra a Válvula 14 numa porcentagem escolhida por vocÊ Abra também o cronômetro e aperte o start Aguarde aproximadamente 1 minuto feche a Válvula 14 e meça novamente o volume contido no reservatório 5 Observando o regime de escoamento Abra a Válvula 15 para que o fluido com corante comece a escoar Quando visualizar o fluxo por meio da pipeta abra a Válvula 14 controlando a vazão com a mesma porcentagem do passo anterior É necessário aguardar o fluxo se estabilizar para começar a medição Estudante você deverá entregar Caro estudante Você deverá entregar um relatório de aula prática contendo o passo a passo do experimento inserir prints das imagens de cada etapa realizada além de responder os seguintes questionamentos sobre o ensaio realizado 1 A partir dos dados obtidos no laboratório determine a vazão do sistema Justifique Apresentar memória de cálculo e prints de imagens 2 Qual o regime de escoamento observado no experimento Justifique Apresentar memória de cálculo e prints do escoamento no tubo de Reynolds Repita o procedimento de modo a obter regime de escoamento diferente ao do obtido na primeira tentativa Público Disciplina Hidráulica e Hidrometria ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2 Unidade 2 Escoamento Permanente em Condutos Forçados Aula 5 Escoamento uniforme em tubulações Software Software Livre Infraestrutura Computador laboratório de informática funciona em ambiente Microsoft Windows 98XPVista eou superiores para microcomputadores compatíveis com os sistemas IBMIntel o software não possui requerimentos mínimos de hardware para funcionamento uma vez que pode ser instalado e operado em qualquer computador que tenha algum dos sistemas operacionais descritos Descrição do software O EPANET é um software criado pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA EPA Environmental Protection Agency que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água em redes de distribuição pressurizada Trata se de um programa de domínio público e pode ser utilizado para fins acadêmicos e comerciais httpsctufpbbrlenhscontentsmenuassuntosepanet Atividade Prática Introdução A perda de carga distribuída é um conceito crucial em sistemas hidráulicos referindose à perda de energia que ocorre ao longo de uma tubulação devido ao atrito entre o fluido e as paredes internas A equação de DarcyWeisbach desempenha um papel fundamental na análise dessas perdas permitindo aos engenheiros calcular com precisão como a perda de carga distribuída afeta o desempenho de sistemas hidráulicos Esta equação leva em consideração fatores como o diâmetro da tubulação a rugosidade da superfície interna a velocidade do fluido e o comprimento do tubo fornecendo uma ferramenta essencial para o projeto e a otimização de sistemas de transporte de fluidos como redes de água óleo e gás Atividade proposta Cálculo de tubulação entre dois reservatórios através do EPANET Objetivos Conhecer as ferramentas do software EPANET a ser utilizado no dimensionamento de condutos Público forçados Aplicar os conceitos sobre condutos forçados em problemas de engenharia Correlacionar teoria e prática sobre dimensionamento de condutos forçados Procedimentos para a realização da atividade 1º Para realizar a atividade proposta é necessário que o aluno faça o download e instalação do software EPANET Para isso acesse o link a seguir baixe e instale o programa httpctufpbbrlenhscontentsmenuassuntosepanet 2º Área de trabalho Público Nas opções de menu é possível abrir e salvar arquivos escolher uma imagem de fundo ex mapa de um bairro definir as configurações da simulação gerar relatórios com resultados entre outros A barra de ferramentas é a maneira mais prática de inserir novos componentes físicos últimos botões Na janela é visualizado o traçado da rede que pode ser em escala como coordenadas obtidas através de um mapa de fundo ou não ou seja apenas um esquemático No navegador é possível criar e editar componentes em listas por categorias como nós trechos bombas etc As equações utilizadas poderão ser editadas em Menu Projeto Opções de simulação O software apresenta as opções listadas abaixo HW HazenWilliams DW DarcyWeisbach utilizar esta equação CM ChezyManning Dê preferência em trabalhar no sistema internacional de unidades SI Em Projeto vá em opções de simulação escolha unidades de vazão LPS litros por segundo 3 Exercício de aula prática ligação entre dois reservatórios de nível constante Nesse exercício faremos a ligação entre dois reservatórios abertos com diferença de npiveis de água de 15 m feita através de uma tubulação de 6 de diâmetro em aço liso ε010 mm O comprimento da tubulação é 500 m Despreze as perdas de carga localizadas Público Com todos esses datos determine a vazão transportada em regime permanente 4 Inserindo os objetos O primeiro passo será clicar no botão RNF Reservatório de Nível Fixo e em seguida clicar no mapa para inserir os dois reservatórios do problema O método de cálculo do programa exige que haja a incersão de ao menos um nó Dessa forma clique no botão de adicionar nó na barra de ferramentas e insira um nó prócimo ao primeiro reservatório da seguinte maneira Público Na sequência insira os trechos de tubulação clicando no botão adicionar trecho Depois dê um clique no reservatório mais elevado e um segundo clique no nó inserindo o primeiro trecho Depois repita o processo clicando no nó e em seguida no reservatório inferior dessa forma você irá inserir o segundo trecho assim 4 Dados e configurações Agora clique no botão selecionar objeto na barra de ferramentas e a seguir dê um duplo clique Público no reservatório inferior Verifique se o nível de água nesse reservatório é zero pois dessa forma estaremos indicando que o referencial adotado para as cotas coincide com o nível de água do reservatório inferior Repita o mesmo procedimento para o reservatório superior porém definindo o nível de água como 15 dado no enunciado Agora dê duplo clique no primeiro trecho Este só se fez necessário por exigência do programa de que haja ao menos um nó Portanto será definido um comprimento desprezível para o mesmo da seguinte maneira Sempre pressione enter após definir um valor ou opção Utilize ponto como separador decimal Comprimento m 0001 valor desprezível Diâmetro mm 1524 6 Rugosidade mm 01 enunciado Agora para o segundo trecho defina os seguintes valores Comprimento m 500 enunciado Diâmetro mm 1524 6 Rugosidade mm 01 enunciado Público 5º Processamento e Resultados Clique no botão executar simulação Se algum erro for reportado volte e verifique todos os dados de cada componente e as condigurações do projeto No caso do preenchimento correto de todos os dados a seguinte mensagem deverá aparecer Apenas clique em OK Após a conclusão da simulação dê um duplo clique no trecho para exibir a janela de configuração desse componente Alternativamente você pode através da janela Naveador aba Dados selecionar na lista exibida o botão de seta para baixo a opção Trechos e dar duplo clique no identificador do trecho 2 Desça a barra de rolagem da janela que aparecerá e analise os resultados Vazão vazão calculada em Ls unidade selecionada Velocidade velocidade calculada em ms Perda de Carga perda de carga unitária em mkm Fator de Resistência fator de atrito 𝑓 Checklist Público Fazer o download do instalador e instalar o software EPANET Ajustar as unidades para o SI e a equação para DarcyWeisbach Inserir os objetos reservatórios nó e trechos Atribuir os parâmetros dos objetos inseridos nível dágua comprimento diâmetro rugosidade e coeficiente de perda de carga localizada Executar a simulação e analisar os resultados Estudante você deverá entregar Os alunos deverão apresentar um relatório com prints do software da simulação realizada No relatório os alunos deverão reportar os resultados finais e discutilos Apresentar também as dificuldades encontradas durante a realização da prática e as facilidades que a utilização do software trouxe Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 Unidade 2 Escoamento Permanente em Condutos Forçados Aula 8 Sistemas Hidráulicos de Tubulações II Software Software Livre Infraestrutura Computador laboratório de informática funciona em ambiente Microsoft Windows 98XPVista eou superiores para microcomputadores compatíveis com os sistemas IBMIntel o software não possui requerimentos mínimos de hardware para funcionamento uma vez que pode ser instalado e operado em qualquer computador que tenha algum dos sistemas operacionais descritos Descrição do software O EPANET é um software criado pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA EPA Environmental Protection Agency que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água em redes de distribuição pressurizada Trata se de um programa de domínio público e pode ser utilizado para fins acadêmicos e comereciais httpsctufpbbrlenhscontentsmenuassuntosepanet Atividade Prática Introdução O Problema dos Três Reservatórios é um desafio clássico na engenharia hidráulica que envolve a otimização do fluxo de água entre três reservatórios interconectados O objetivo é encontrar configurações ideais de comportas e válvulas que maximizem o abastecimento de água para uma cidade ao mesmo tempo em que minimizam perdas e custos Esse problema é essencial para o planejamento eficiente dos sistemas de abastecimento de água garantindo a distribuição adequada de recursos hídricos Uma ferramenta valiosa para abordar o Problema dos Três Reservatórios e outros desafios de engenharia hidráulica é o software EPANET que é uma plataforma de modelagem hidráulica que permite aos engenheiros criar representações virtuais de sistemas de abastecimento de água incluindo reservatórios redes de tubulação bombas e válvulas Com o EPANET é possível simular o funcionamento de um sistema em diferentes cenários ajustando as configurações das válvulas e comportas para otimizar o fluxo de água Além disso o software fornece informações detalhadas sobre a pressão a vazão e a distribuição da água em todo o sistema o que é fundamental para tomar decisões informadas Ele oferece Público uma abordagem baseada em modelos matemáticos para resolver problemas complexos como o Problema dos Três Reservatórios permitindo que os engenheiros avaliem diferentes estratégias de operação e manutenção Atividade proposta Cálculo de problema dos três reservatórios através do EPANET Objetivos Conhecer as ferramentas do software EPANET a ser utilizado na resolução do problema de três reservatórios Aplicar conceitos sobre o assunto Correlacionar teoria e prática sobre resolução do problema de três reservatórios Procedimentos para a realização da atividade 1º Para realizar a atividade proposta é necessário que o aluno faça o download e instalação do software EPANET Para isso acesse o link a seguir baixe e instale o programa httpctufpbbrlenhscontentsmenuassuntosepanet 2º Área de trabalho Público Nas opções de menu é possível abrir e salvar arquivos escolher uma imagem de fundo ex mapa de um bairro definir as configurações da simulação gerar relatórios com resultados entre outros A barra de ferramentas é a maneira mais prática de inserir novos componentes físicos últimos botões Na janela é visualizado o traçado da rede que pode ser em escala como coordenadas obtidas através de um mapa de fundo ou não ou seja apenas um esquemático No navegador é possível criar e editar componentes em listas por categorias como nós trechos bombas etc As equações utilizadas poderão ser editadas em Menu Projeto Opções de simulação O software apresenta as opções listadas abaixo HW HazenWilliams DW DarcyWeisbach utilizar esta equação CM ChezyManning Dê preferência em trabalhar no sistema internacional de unidades SI Em projeto vá em opções de simulação escolha unidades de vazão LPS litros por segundo 3 Exercício de aula prática problema dos três reservatórios Os três reservatórios apresentados na figura abaixo estão interligados por tubulações com características especificadas também na figura Pedese calcular as vazões nos trechos 1 2 e 3 e as velocidades médias correspondentes Calcule a carga de pressão em A Público 4 Inserindo os objetos O primeiro passo será clicar no botão RNF Reservatório de Nível Fixo e em seguida clicar no mapa para inserir os três reservatórios do problema Agora selecione o botão adicionar nó para inserir o nó que representa o ponto A conforme abaixo Público Na sequência insira os trechos de tubulação clicando no botão adicionar trecho Depois dê um clique no reservatório mais elevado e um segundo clique no nó inserindo o primeiro trecho Depois repita o processo para os outros dois reservatórios para inserir o segundo e o terceiro trecho assim 4 Dados e configurações Agora clique no botão selecionar objeto na barra de ferramentas e a seguir dê um duplo clique no reservatório R1 e insira o nível de água conforme indicado na figura do problema 3º passo nesse caso 210 m Faça o mesmo para os outros dois reservatórios conforme especificação para Público cada um Para o nó defina a cota como 175 m Agora dê duplo clique no primeiro trecho e insira as suas devidas informações Sempre pressione enter após definir um valor ou opção Utilize ponto como separador decimal Comprimento m 500 valor desprezível Diâmetro mm 150 Rugosidade mm 020 Repita o passo a passo para os demais trechos inserindo as informações de cada um dessa forma 5º Processamento e Resultados Clique no botão executar simulação Público Se algum erro for reportado volte e verifique todos os dados de cada componente e as condigurações do projeto No caso do preenchimento correto de todos os dados a seguinte mensagem deverá aparecer Apenas clique em OK Após a conclusão da simulação dê um duplo clique no trecho para exibir a janela de configuração desse componente Alternativamente você pode através da janela Naveador aba Dados selecionar na lista exibida o botão de seta para baixo a opção Trechos e dar duplo clique no identificador do trecho 2 Desça a barra de rolagem da janela que aparecerá e analise os resultados Vazão vazão calculada em Ls unidade selecionada Velocidade velocidade calculada em ms Ao dar um duplo clique no nó será possível obter o valor da carga de pressão em A Checklist Fazer o download do instalador e instalar o software EPANET Ajustar as unidades para o SI e a equação para DarcyWeisbach Inserir os objetos reservatórios nó e trechos Atribuir os parâmetros dos objetos inseridos nível dágua comprimento diâmetro e rugosidade Executar a simulação e analisar os resultados Estudante você deverá entregar Os alunos deverão apresentar um relatório com prints do software instalado e simulação realizada No relatório os alunos deverão reportar os resultados finais e discutilos Apresentar também as dificuldades encontradas durante a realização da prática e as facilidades que a utilização do software trouxe Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA Unidade Unidade 3 Sistemas Elevatórios Aula Aula 11 Sistemas de Bombeamento Software Acesso online Livre Infraestrutura Computador ou Notebook Google Chrome e Windows 10 Caso utilize o Windows 7 ou dispositivo mais aintigo dê preferência ao navegador Mozilla Firefox Acesso ao simulador de laboratório virtual ALGETEC Descrição do software ALGETEC Laboratórios Virtuais é um simulador de laboratórios virtuais que simula o ambiente real e proporciona ao aluno a execução de experimentos sem sair de casa Replica a aula prática com alto grau de fidelidade ao laboratório físico tradicional Nessa aula prática será utilizada uma bancada virtual de Mecânica dos Fluidos semelhante à bancada física presente nos laboratórios Atividade Prática Introdução Em um grande número de aplicações práticas os campos de variação da vazão e da altura manométrica podem ser excessivamente amplos para serem abrangidos com a utilização de uma única bomba mesmo variando a velocidade sendo necessário associar bombas em série ou em paralelo para que os requisitos de projeto sejam atendidos MACINTYRE 2011 p176 Bombas em série são utilizadas quando se deseja aumentar a altura manométrica pois a vazão que passa por cada uma delas é a mesma Nesta associação a saída de uma bomba é conectada à entrada da bomba seguinte resultando numa altura manométrica total expressa pela somatória da altura manométrica de cada bomba Bombas em paralelo são utilizadas quando se deseja aumentar a vazão do sistema O aumento da vazão também irá provocar um aumento da perda de carga do sistema fazendo com que a vazão total do sistema não seja a soma das vazões de cada bomba Em qualquer tipo de associação deve ser levantada a curva das bombas associadas e sobrepô la à curva do sistema para que o ponto de operação do sistema seja determinado pela interseção das duas curvas Atividade proposta Levantar a curva característica de uma bomba e de duas bombas iguais em série e em paralelo Público Objetivos Realizar o levantamento da curva de uma bomba centrífuga determinar a curva de desempenho de uma associação de bombas em série definir a curva de desempenho de uma associação de bombas em paralelo comparar os resultados obtidos nas medições com os valores teóricos esperados Procedimentos para a realização da atividade A Levantamento da Curva de uma Bomba Individual 1 Nas tubulações das bombas Alt4 a posição das válvulas de esfera deve estar A1 e B2 abertas e B1 e A2 fechadas Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 2 Nas tubulações da bancada Alt2 a posição das válvulas de esfera devem estar abertas Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 3 No painel elétrico Alt3 mantenha o botão de emergência desativado e habilite a bomba 2 Em seguida configure o potenciômetro aumentando a vazão até o valor máximo Por fim ligue o sistema Público Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 4 Visualize a Válvula de controle Alt1 clique bom o botão direito no manômetro e anote a pressão de recalque que corresponde à altura manométrica do sistema Em seguida clique com o botão direito no rotâmetro e anote o valor correspondente da vazão Deixe essa duas janelas de instrumentos abertas Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 5 Clique com o botão esquerdo em cima da válvula de esfera C2 para que ela restrinja um pouco o fluxo e anote os valores da pressão de recalque e da vazão correspondente Repita esse procedimento até que a válvula de esfera C2 esteja completamente fechada indicando vazão zero shut off Público Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 6 Após finalizar a coleta de dados desligue o equipamento no painel elétrico Alt3 Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 B Levantamento da Curva de Duas Bombas Iguais em Série 1 Nas tubulações das bombas Alt4 a posição das válvulas de esfera deve estar A1 e A2 abertas e B1 e B2 fechadas Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 Público 2 Nas tubulações da bancada Alt2 a posição das válvulas de esfera devem estar abertas 3 No painel elétrico Alt3 mantenha o botão de emergência desativado e habilite as duas bombas Aumente a vazão para o valor máximo e ligue o sistema Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 4 Repita os passos 4 a 6 realizados em A C Levantamento da Curva de Duas Bombas Iguais em Paralelo 1 Nas tubulações das bombas Alt4 a posição das válvulas de esfera deve estar A1 B1 e B2 abertas e A2 fechadas Fonte Software Algetec Associação de Bombas ID 135 2 Nas tubulações da bancada Alt2 a posição das válvulas de esfera devem estar abertas 3 No painel elétrico Alt3 mantenha o botão de emergência desativado e habilite as duas bombas Aumente a vazão para o valor máximo e ligue o sistema 4 Repita os passos 4 a 6 realizados em A Checklist Colocar as posições iniciais adequadas para as válvulas de esfera para cada um dos experimentos No painel elétrico manter o botão de emergência desativado e habilitar as bombas para cada Público experimento Aumentar a vazão para o valor máximo e ligar o sistema Anotar os valores de pressão de recalque e vazão Fechar um pouco a válvula de esfera C2 e anotar os valores correspondente de pressão de recalque e vazão Repetir o passo anterior até o fechamento total da válvula de esfera C2 shut off Desligar o sistema Estudante você deverá entregar Você deverá entregar um relatório contendo uma breve introdução equipamentos utilizados procedimentos realizados resultados obtidos e conclusão Caso sejam utilizadas apresente as referências bibliográficas correspondentes Para a apresentação dos resultados converta as unidades para que a Altura Manométrica esteja em metros m e a vazão em metros cúbicos por hora m3h Utilizando um papel milimetrado ou software específico plote a curva caracaterística da bomba individual e as curvas características resultantes das associações em série e em paralelo das bombas e compare os resultados Referências MACINTYRE A J Bombas e Instalações de Bombeamento Rio de Janeiro RJ LTC 2011 NOME DA INSTITUIÇÃO DE ENSINO NOME DO CURSO NOME DO ALUNO ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1 UNIDADE 1 AULA EXPERIMENTO DE REYNOLDS Cidade estado 2024 1 Introdução Compreender o comportamento de um fluido em escoamento é fundamental para otimização de diversos processos industriais O experimento de Reynolds permite quantificar a razão entre as forças inerciais e as forças viscosas de um escoamento e esse número está diretamente ligado ao desempenho da tubulação em transferir um fluido de um local para o outro O objetivo do experimento é determinar o número de Reynolds de um escoamento a partir da redução no volume de um reservatório e qualificar o tipo de escoamento em laminar turbulento ou em transição A prática é realizada na plataforma da ALGETEC 2 Desenvolvimento Na Figura 1 as válvulas estão configuradas conforme a orientação dada no roteiro apenas as válvulas 2ª 14 e 15 fechadas e a 2c parcialmente aberta Figura 1 Válvulas conforme o roteiro A seguir acionase as duas bombas e ligase o painel elétrico O reservatório começará a ser preenchido No primeiro experimento a altura máxima do reservatório foi de 438 mm Figura 2 Reservatório completamente preenchido no primeiro experimento Abrindo a válvula 14 em 4 Figura 3 e aguardando um minuto conforme o cronômetro a altura do reservatório ao final desse tempo foi de 431 mm Figura 3 Válvula 14 no primeiro experimento Modificando a válvula de contraste observase que velocidade e escoamento no tubo de Reynolds se torna mais lento conforme aumentase o número de 0 a 2 na respectiva válvula Figura 4 Figura 4 Válvula de contraste no primeiro experimento O segundo experimento será feito da mesma forma mas alterando a abertura da válvula 14 Posicionando as válvulas conforme a tabela dada no roteiro acionando as duas bombas e o painel elétrico o reservatório começa a ser preenchido A altura máxima registrada foi de 436 mm Figura 5 Reservatório totalmente cheio no segundo experimento Abrindo a válvula 14 para 25 em 60 segundos a altura registrada foi de 249 mm 3 Resultados A vazão velocidade de escoamento e o número de Reynolds agora pode ser determinada através da equação abaixo Para o primeiro experimento Q1V t Ah0hf t 0 403204380431 60 001510 3 m 3 s V 1Q1 A 4Q1 π d 2 4001510 3 π0044 2 001 m s Re 1V 1d v 0010044 10 6 4402400 O escoamento no primeiro experimento é menor que 2400 portanto é laminar Modificando a válvula de contraste observase que velocidade e escoamento no tubo de Reynolds se torna mais lento conforme aumentase o número de 0 a 2 na respectiva válvula Já para o segundo experimento Q2V t Ah0hf t 0 403204360249 60 0 410 3 m 3 s V 2Q2 A 4Q2 π d 2 40410 3 π0044 2 0263 m s Re 2V 2d v 02630044 10 6 115725000 O escoamento no segundo experimento é maior que 5000 portanto é turbulento A tabela 1 mostra os resultados obtidos Experimento 1 2 ho mm 438 436 hf mm 431 249 Q m3s 0015E03 04E03 V ms 001 0263 Re 440 11572 Escoamento Laminar Turbulento Tabela 1 Resultado dos experimentos 4 Conclusão O número de Reynolds ser maior que o primeiro experimento era um resultado esperado já que a abertura na válvula no segundo experimento é maior 25 resultando em uma maior vazão maior e consequentemente numa maior velocidade E assim é descoberto que o escoamento no primeiro experimento é laminar em que o escoamento é alinhado e sem turbulências E no segundo experimento o escoamento é desordenado e imprevisível Dessa forma é possível dimensionar adequadamente o material da tubulação ou diâmetro ou dispositivos como conexões e válvulas de acordo com o tipo do escoamento NOME DA INSTITUIÇÃO DE ENSINO NOME DO CURSO NOME DO ALUNO ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4 UNIDADE 3 AULA 11 SISTEMAS DE BOMBEAMENTO Cidade estado 2024 1 Introdução A correta determinação da vazão e da altura manométrica em uma bomba hidráulica é fundamental para garantir bom funcionamento de diversos processos industriais e de saneamento para garantir que a bomba ou a associação de bombas atenda às necessidades de transporte de fluidos em termos de vazão e pressão Nos casos de associação de bombas que pode ser em série ou em paralelo entender o comportamento dessa combinação em relação a vazão e a altura manométrica é crucial para otimizar o sistema evitando subdimensionamento ou superdimensionamento que podem resultar em perda de eficiência aumento de custos e desgaste prematuro dos dispositivos O experimento sobre a comparação entre um sistema com uma única bomba e a associação de bombas será feito na plataforma da ALGETEC 2 Desenvolvimento Configurando as válvulas da tubulação para que apenas a bomba 1 opere e posicionando todas as válvulas de esfera para aberta a bancada de trabalho fica da seguinte forma Figura 1 Válvulas da bomba no experimento com única bomba Figura 2 Válvulas de esfera no experimento com única bomba Ligando o painel elétrico o sistema começa a bombear e o reservatório começa a ser preenchido Habilitando a visualização do manômetro e do rotâmetro a vazão e pressão ou altura manométrica da bomba 1 pode ser medida quando a válvula de esfera C2 está 100 aberta Alterando gradualmente a sua abertura a vazão e altura manométrica medida também se alteram Os valores encontrados até o fechamento total da válvula C2 está mostrado na tabela abaixo Abertura da válvula C2 P psi Q LPH 100 4 4850 80 51 4200 60 7 3480 40 9 2720 20 11 1350 0 13 0 Tabela 1 Medições no manômetro e barômetro para única bomba Com a primeira medição feita desligase o painel elétrico a válvula da bomba 2 é aberta a válvula C2 é totalmente aberta novamente e por fim no painel elétrico se aciona também a bomba 2 Dessa forma o escoamento agora terá o efeito de ambas as bombas que estão associadas em série Figura 3 Válvulas de ambas as bombas em série abertas Ligando o painel elétrico o reservatório começa a ser preenchido novamente Habilitando a visualização do manômetro e do rotâmetro medese novamente a vazão e a pressão que resulta da associação As medições feitas de acordo com o fechamento gradual da válvula C2 está mostrado na Tabela 2 Abertura da válvula C2 P psi Q LPH 100 55 5000 80 9 4900 60 12 4100 40 15 3300 20 20 1800 0 25 0 Tabela 2 Medições no manômetro e barômetro para associação de bombas em série 3 Resultados A curva da bomba é um gráfico entre a vazão e a altura manométrica Transformando a unidade de litros por hora para metros cúbicos por hora e a pressão de psi para metros de coluna dágua o gráfico obtido para cada caso está mostrado na Figura 4 A fórmula para realizar a mudança de unidades estão abaixo H mP psi6900 1000981 m QQ LPH 1000 m 3 h Abertura da válvula C2 P psi Q LPH Hm m Q m3h 100 4 4850 281 485 80 51 4200 359 42 60 7 3480 492 348 40 9 2720 633 272 20 11 1350 774 135 0 13 0 914 0 Tabela 3 Medições para única bomba com as unidades modificadas Abertura da válvula C2 P psi Q LPH Hm m Q m3h 100 55 5000 039 5 80 9 4900 064 49 60 12 4100 086 41 40 15 3300 107 33 20 20 1800 143 18 0 25 0 178 0 Tabela 4 Medições para associação de bombas em série com as unidades modificadas Figura 4 Curva da bomba para única bomba e associação em série 4 Conclusão Da curva percebese que a associação faz um salto de quase 8 m de altura manométrica Isso significa que a bomba 2 sozinha possui altura manométrica de quase 8 metros Enquanto a bomba 1 possui altura manométrica de 135 metros Sabe se que a associação em série fornece à tubulação a soma das alturas manométricas de todas as bombas associadas em série como podese observar na Figura 4 NOME DA INSTITUIÇÃO DE ENSINO NOME DO CURSO NOME DO ALUNO ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 UNIDADE 2 AULA 8 SISTEMAS HIDRÁULICOS DE TUBULAÇÕES II Cidade estado 2024 1 Introdução O dimensionamento de sistemas com três ou mais reservatórios é essencial para atender a eficiência do sistema de abastecimento ou distribuição de água ou qualquer outro tipo de fluido industrial Em sistemas com múltiplos reservatórios a distribuição de vazão entre os diferentes componentes deve ser considerada para que o fluxo do fluido atenda as demandas de cada reservatório minimizando as perdas de carga e garantindo uma operação estável Além do mais é uma análise mais próximo da realidade A simulação será realizada no software EPANET 2 2 Desenvolvimento O sistema consiste em três reservatórios interligados em um ponto ou nó Os parâmetros de entrada para cada reservatório e trecho estão tabelados abaixo Reservatório 1 2 3 z m 210 180 150 D mm 150 200 150 e mm 02 012 024 Trecho A B C L m 500 1500 2000 Tabela 1 Dados de entrada do software Figura 1 Desenho do sistema de tubulação estudado A cota do nó foi inserida como 175 metros Os parâmetros de entrada de cada trecho estão mostrados na Figura 2 Figura 2 Dados informados dos trechos no roteiro 3 Resultados Executando a simulação as informações obtidas do software são mostradas na Figura 4 Figura 3 Resultado obtido da simulação O trecho 1 tem a maior vazão como esperado já que está num nível mais elevado e portanto possui maior energia potencial a ser liberada Devido a isso e o diâmetro da tubulação ser de menor tamanho a velocidade de escoamento médio também é o maior entre os trechos E por possuir maior velocidade e menor diâmetro a perda de carga associado ao primeiro trecho também será o maior 5285 mkm O trecho B indica uma vazão negativa o que significa que a água não sai do reservatório 2 e sim entra Ou seja R2 é preenchido com a água vinda de R1 A velocidade média de escoamento em B é menor porque o diâmetro da tubulação em B é maior e consequentemente a perda de carga neste trecho também será a menor de todas Por fim o trecho C também possui vazão negativa o que indica que a água não sai do reservatório E sim entra A velocidade encontrada é proporcional ao diâmetro ao quadrado ou seja como o diâmetro no trecho C é menor que no trecho B a velocidade será maior E consequentemente a perda de carga também será maior comparado a B 4 Conclusão A resolução de problemas com três ou mais reservatórios resulta em um sistema de equações e também em um sistema com equações implícitas o que torna o cálculo manual bastante lento e susceptível a erros A utilização de softwares para a análise de vazão nestes sistemas é de grande utilidade e de extrema importância para conhecer o sentido do fluxo conforme a configuração dos reservatórios NOME DA INSTITUIÇÃO DE ENSINO NOME DO CURSO NOME DO ALUNO ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2 UNIDADE 2 AULA 5 ESCOAMENTO UNIFORME EM TUBULAÇÕES Cidade estado 2024 1 Introdução Em escoamentos permanentes em tubos fechados ocorre uma perda de pressão ao longo da tubulação causado pelo atrito entre o tubo e o fluido e também pelos obstáculos presentes na rede válvulas e conexões Compreender como tal fenômeno afeta a capacidade do fluido em escoar é fundamental para manter as redes de água e gás operando adequadamente O experimento consiste na utilização do software EPANET 2 para especificar os parâmetros geométricos de dois reservatórios conectados e obter informações sobre a velocidade de escoamento e a perda de carga envolvida 2 Desenvolvimento O sistema consiste em dois reservatórios com diferença de elevação de 15 metros entre eles Água é transportada livremente sem bombas hidráulicas do reservatório superior para o inferior e o comprimento da tubulação que os conecta é de 500 metros O esquema do sistema é mostrado na Figura 1 Figura 1 Desenho do sistema de tubulação estudado Figura 2 Dados relevantes dos reservatórios Para o primeiro trecho quase horizontal atribuiuse um comprimento desprezível pois não é um trecho relevante para o estudo inserido apenas pelo fato do software exigir que haja ao menos um nó na rede Para o segundo trecho atribuiuse o comprimento de 500 metros diâmetro da tubulação de 1524 mm e rugosidade da superfície da tubulação de 01 mm como mostra a Figura 3 Figura 3 Informações do trecho da tubulação 3 Resultados Executando a simulação as informações obtidas do software são mostradas na Figura 4 Figura 4 Resultado obtido da simulação Ao longo de 500 metros de tubulação se perde 30 metros de coluna dágua de energia por quilômetro Ou seja em 500 metros é perdido 15 metros de coluna dágua de energia A velocidade média do escoamento é de 217 ms e a vazão de 3955 litros por segundo O respectivo fator de atrito para tal velocidade e material do tubo é de 0019 4 Conclusão A utilização de softwares para a análise de vazão é muito útil pois a equação da perda de carga possui dois parâmetros correlacionados A velocidade de escoamento na tubulação e o fator de atrito Este último é dependente também da velocidade e para obtêlo é necessário resolver uma equação implícita não sendo possível isolálo Demandando assim de resolução iterativa por exemplo tentativa e erro Resolver esse problema demanda tempo e torna o resultado susceptível a erros Dessa forma o software se torna bastante confiável