ATPS Fluidos ok.docx

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Rugosidade

As superfcies dos componentes mecnicos devem ser adequadas ao tipo de funo que exercem.Por esse motivo, a importncia do estudo do acabamento superficial aumenta medida que crescem as exigncias do projeto.As superfcies dos componentes deslizantes, como o eixo de um mancal, devem ser lisas para que o atrito seja o menor possvel. J as exigncias de acabamento das superfcies externas da tampa e da base do mancal so menores.A produo das superfcies lisas exige, em geral, custo de fabricao mais elevado.Os diferentes processos de fabricao de componentes mecnicos determinam acabamentos diversos nas suas superfcies.As superfcies, por mais perfeitas que sejam, apresentam irregularidades. E essas irregularidades compreendem dois grupos de erros: erros macrogeomtricos e erros microgeomtricos.Erros macrogeomtricos Erros macrogeomtricos so os erros de forma, verificveis por meio de instrumentos convencionais de medio, como micrmetros, relgios comparadores, projetores de perfil etc.Entre esses erros, incluem-se divergncias de ondulaes, ovalizao, retilineidade, planicidade, circularidade etc.Durante a usinagem, as principais causas dos erros macrogeomtricos so: defeitos em guias de mquinas-ferramenta; desvios da mquina ou da pea; fixao errada da pea; distoro devida ao tratamento trmico.Erros microgeomtricos Erros microgeomtricos so os erros conhecidos como rugosidade.Rugosidade o conjunto de irregularidades, isto , pequenas salincias e reentrncias que caracterizam uma superfcie. Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos eletrnicos, a exemplo do rugosmetro. A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecnicos. Ela influi na: qualidade de deslizamento; resistncia ao desgaste; possibilidade de ajuste do acoplamento forado; resistncia oferecida pela superfcie ao escoamento de fluidos e lubrificantes; qualidade de aderncia que a estrutura oferece s camadas protetoras; resistncia corroso e fadiga; vedao; aparncia.A grandeza, a orientao e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas causas que, entre outras, so: imperfeies nos mecanismos das mquinas-ferramenta; vibraes no sistema pea-ferramenta; desgaste das ferramentas; o prprio mtodo de conformao da pea.Para estudar e criar sistemas de avaliao do estado da superfcie, necessrio definir previamente diversos termos e conceitos que possam criar uma linguagem apropriada. Com essa finalidade utilizaremos as definies da norma NBR 6405/1988.Superfcie geomtricaSuperfcie ideal prescrita no projeto, na qual no existem erros de forma e acabamento. Por exemplo: superfcies plana, cilndrica etc., que sejam, por definio, perfeitas. Na realidade, isso no existe; trata-se apenas de uma referncia.

Superfcie real Superfcie que limita o corpo e o separa do meio que o envolve. a superfcie que resulta do mtodo empregado na sua produo. Por exemplo: torneamento, retfica, ataque qumico etc. Superfcie que podemos ver e tocar.

Superfcie efetivaSuperfcie avaliada pela tcnica de medio, com forma aproximada da superfcie real de uma pea. a superfcie apresentada e analisada pelo aparelho de medio. importante esclarecer que existem diferentes sistemas e condies de medio que apresentam diferentes superfcies efetivas.

Perfil geomtricoInterseo da superfcie geomtrica com um plano perpendicular. Por exemplo: uma superfcie plana perfeita, cortada por um plano perpendicular, originar um perfil geomtrico que ser uma linha reta.

Perfil realInterseco da superfcie real com um plano perpendicular. Neste caso, o plano perpendicular (imaginrio) cortar a superfcie que resultou do mtodo de usinagem e originar uma linha irregular.

Perfil efetivoImagem aproximada do perfil real, obtido por um meio de avaliao ou medio. Por exemplo: o perfil apresentado por um registro grfico, sem qualquer filtragem e com as limitaes atuais da eletrnica.

Perfil de rugosidadeObtido a partir do perfil efetivo, por um instrumento de avaliao, aps filtragem. o perfil apresentado por um registro grfico, depois de uma filtragem para eliminar a ondulao qual se sobrepe geralmente a rugosidade.

Perda de CargaO lquido ao escoar em um conduto submetido a foras resistentes exercidas pelas paredes da tubulao e por uma regio do prprio lquido. Nesta regio denominada camada limite h um elevado gradiente de velocidade e o efeito da velocidade significante. A conseqncia disso o surgimento de foras cisalhantes que reduzem a capacidade de fluidez do lquido. O conceito de camada limite foi desenvolvido em 1904 porLudwig Prandtl.O lquido ao escoar transforma (dissipa) parte de sua energia em calor. Essa energia no mais recuperada na forma de energia cintica e/ou potencial e, por isso, denomina-seperda de carga. Trata-se de perda de energia devido ao atrito contra as paredes e dissipao devido viscosidade do lquido em escoamento.Para efeitos de estudo e de clculos para dimensionamentos em engenharia, a perda de carga, denotada por h ou hp, classificada em perda de carga contnua, ou linear, denotada por h,hfou hL e perda de carga singular, h ou hS.As perdas de carga lineares so aquelas devido ao fluxo em trechos retilneos de tubulao, enquanto que as singulares, so devidas trechos curvos, peas e dispositivos especiais instalados na linha onde se est verificando ou calculando as perdas de carga, sendo assim denominadas como perdas de carga singulares.Conforme visto anteriormente, temos na figura abaixo, e na respectiva equao da conservao de energia deBernoulli, o seguinte:

Considerando agora o mesmo esquema ilustrado acima, para uma tubulao sem variao de dimetro, sabe-se que a velocidade mdia nas duas sees ser igual, pois a vazo e o dimetro do conduto so constantes (equao da continuidade).Assim, pode-se definir, para a perda de carga entre os pontos 1 e 2, o seguinte:

A perda de carga linear quando expressa por unidade de comprimento do conduto, chamada de perda de carga unitria, expressa por J, ou seja:

Frmula Universal de Perda de Carga (Darcy-Weisbach)Diversos estudos apontaram para a relao de proporcionalidade que a resistncia ao escoamento em uma tubulao poderia possuir, concluindo-se que a mesma : Independente da presso a que o lquido submetido em um escoamento; Diretamente proporcional ao comprimentoL; Inversamente proporcional a uma certa potncia do dimetroD; Proporcional a uma certa potncia da velocidadeV; e Relacionada rugosidade da tubulao, se o escoamento for turbulento.

Assim, diversas formulaes empricas foram sugeridas baseadas nesta proporcionalidade, sendo queHenrye Weisbachpor volta de 1845 fizeram um estudo avaliando as diferentes foras presentes em um elemento de fluido em escoamento sobre uma tubulao, principalmente relacionando a fora de cisalhamento existente junto s paredes do conduto.Estabeleceram ento a formulao seguinte:

ento chamada deFrmula Universal da Perda de Carga, ouFrmula de Darcy-Weisbach, onde:L: comprimento da tubulao;D: o dimetro do conduto;v: velocidade do escoamento;g: acelerao local da gravidade; ef: fator de perda de carga (ou fator de atritofriction).O fator de perda de cargaf, na poca da proposio da frmula, era tido como um valor constante e dependente ento de caractersticas da tubulao. Com o tempo, porm, esta teoria demonstrou-se equivocada, descobrindo-se e propondo formulaes especficas para o clculo deste coeficiente.Como ficaria uma equao para expressar a perda de carga unitriaJutilizando a equao da perda de carga universal, e ainda expressa em termos de vazo, para um conduto de seo circular?Determinao do fator de perda de cargafA frmula universal da perda de carga apresentada acima se trata de uma equao dimensionalmente homognea, sendo o fator de perda de cargaf, um elemento numrico adimensional. Esta formulao, pela sua generalidade, pode ser utilizada para calcular as perdas de carga lineares nos condutos tanto em regime laminar, quanto em regime turbulento. A estrutura da frmula continua vlida nestes dois regimes, entretanto a determinao do fator de perda de cargaf que dever ser modificada para considerar a diferena de comportamento do fluxo nestes dois regimes de escoamentos.Experimentalmente, demonstra-se que este fator de perda de carga dependente de variveis como a velocidade mdia do escoamento (v), o dimetro do tubo (D), a massa especfica () e a viscosidade () do fluido, bem como de caractersticas fsicas relacionadas com a rugosidade das paredes internas do conduto () tais como o tamanho, a forma e o arranjo espacial (distribuio) dessas rugosidades.Tipos de PerdasAs perdas podem ser classificadas em duas formas: Perdas de carga distribudas ou Primrias e Perdas de carga localizadas ou Secundrias. A perda de carga total aquela considerada como a soma das perdas. A perda de carga distribuda se deve aos efeitos do atrito no escoamento completamente desenvolvido em tubos de seo constante. A perda de carga localizada se deve ao fato dos vrios acessrios que uma tubulao deve conter tais como: vlvulas, registros, luvas, curvas, entre outros.

CavitaoPelo conceito de presso de vapor, vimos que mantendo-se um fluido a uma temperatura constante e diminuindo-se a presso, o mesmo ao alcanar a presso de vapor, comear a vaporizar. Este fenmeno ocorre nas bombas centrifugas, pois o fluido perde presso ao longo do escoamento na tubulao de suco. O esquema abaixo representa duas sees (1) e (2), quaisquer, no sistema de escoamento na suco de uma bomba.

Se a presso absoluta do lquido, em qualquer ponto do sistema de bombeamento, for reduzida (ou igualada) abaixo da presso de vapor, na temperatura de bombeamento; parte deste lquido se vaporizar, formando cavidades no interior da massa lquida. Estar a iniciado o processo de cavitao. As bolhas de vapor assim formadas so conduzidas pelo fluxo do lquido at atingirem presses mais elevadas que a presso de vapor ( normalmente na regio do rotor), onde ento ocorre a imploso (colapso) destas b