RELATÓRIO  DE  ENSAIOS

Objeto:  Ensaio comparativo de capacidade de vazão em linhas com tubos de cobre e de aço galvanizado de vários diâmetros

1. INTRODUÇÃO
O presente relatório refere-se aos resultados dos ensaios realizados no Laboratório de Hidráulica da Escola de Engenharia de São Carlos, em montagens de tubulações de cobre e aço galvanizado, objeto do acordo entre a Industria de Fundição Tupy e a FIPAI (Fundação para o Incremento da Pesquisa e do Aperfeiçoamento Industrial), entre os dias, 27/12/1999 a 4/1/2000.

2. A MONTAGEM
Foram ensaiadas três configurações, uma em tubos de cobre com diâmetros internos e classes constantes da Tabela 1, fabricados pela ELUMA, e duas em tubos galvanizados com diâmetros internos e classes constantes da tabela 1, fabricados pela APOLO. Cada uma das instalações possuía o mesmo comprimento linear de 25 m, com 4 cotovelos, no caso do cobre e 4 cotovelos ou 4 curvas 90o no caso do galvanizado.

Tabela 1 – Diâmetros nominais, internos e classes das tubulações ensaiadas

A alimentação para a montagem foi feita por gravidade, a partir da caixa d'água externa ao laboratório, mantida em nível constante, com uma carga hidráulica de cerca de 6 m.
A medição de vazão foi realizada com um medidor de vazão eletromagnético, marca CONAUT modelo 474 com capacidade de 30 m3/h (fundo de escala).

A pressão na entrada da instalação foi mantida constante em cada ensaio, de um determinado diâmetro, e, registrada em um manômetro com coluna de mercúrio, em U, com um lado aberto para a atmosfera.
As linhas montadas descarregavam livremente na atmosfera, com cota geométrica de saída mantida constante e igual a 180 mm abaixo do piso do laboratório. Para evitar eventual acumulo de ar, a despeito das velocidades médias serem altas, maiores que 1,40 m/s, as tubulações foram instaladas com um pequeno aclive no sentido da vazão.
Para se garantir iguais condições nos ensaios das tubulações, para cada diâmetro, os trechos de adaptação, inicial que continha o medidor de vazão, e final, que continha um ramo elevado (cavalete) com cota geométrica de 1060 mm acima do piso, em PVC, foram mantidos iguais.

3. OS ENSAIOS
Os tubos foram montados de forma convencional, solda para o cobre e duas voltas com grifo nas curvas e cotovelos, após aperto manual, para o galvanizado.
Após a sangria de eventuais bolhas de ar na mangueira do manômetro, com o escoamento em condições de regime permanente, iniciava-se as leituras no medidor de vazão. Devido a sensibilidade do medidor e a natural turbulência do escoamento há uma pequena oscilação na leitura do equipamento, com a máxima e mínima leitura observadas, variando em uma faixa bem estreita, não chegando a uma amplitude de 1%.
Durante um intervalo de tempo de cerca de três minutos eram anotados os valores máximos e mínimos registrados no medidor de vazão, e a vazão de ensaio assumida como sendo a média aritmética dos valores máximos e mínimos observados.
O medidor de vazão fornece a vazão escoada como uma percentagem do valor do fundo de escala do equipamento, 30 m3/h (100%).

Os seguintes valores foram levantados nos ensaios, para cada montagem e para cada diâmetro nominal, conforme Tabela 2.
 

Tabela 2 – Valores de vazão e velocidade medidos nos ensaios

Através da manobra de um registro em uma tubulação em paralelo, a vazão na tubulação do ensaio era ajustada até que a carga de pressão na entrada da montagem fosse igual a um determinado valor, (ver Tabela 2) mantido constante para cada diâmetro dos dois materiais, garantindo-se assim as mesmas cotas piezométricas, tanto no início como no final da linha, e portanto a mesma perda de carga total ao longo da montagem. Em todos os ensaios a saída das instalações era livre para a atmosfera, após passar por um ponto alto a 1060 mm acima do piso do laboratório, para se garantir em toda a linha pressões positivas.
Os valores das vazões apresentadas na Tabela 2, incluindo os valores para as montagens com diâmetro de 2", objeto dos ensaios realizados em outubro de 1998, foram postos em forma gráfica como na Figura 1, para cada valor do diâmetro nominal

 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos e apresentados na Tabela 2 mostram que os valores das velocidades médias e números de Reynolds determinados para todos os diâmetros ensaiados, encontram-se dentro da faixa normalmente utilizada em instalações hidráulicas usuais.
Para diâmetros menores ou iguais a 1" a diferença de capacidade de vazão para as três instalações é irrelevante, indicando uma pequena influência dos comprimentos equivalentes das curvas e cotovelos e uma compensação entre a maior rugosidade absoluta do tubo de aço galvanizado e seu diâmetro interno, que é sempre superior ao do tubo de cobre.
A maior diferença, nesta faixa, ocorre em favor do galvanizado para o diâmetro de ½", pois existe uma diferença de 2,5 mm entre o diâmetro interno dos dois tubos.
Pela Figura 1, para diâmetros maiores que 1 ½" , a despeito do tubo de cobre ser hidraulicamente mais liso que o tubo galvanizado, a diferença de diâmetro interno em favor do tubo de galvanizado não é suficiente para que sua a perda de carga unitária seja menor que a do tubo de cobre, mesmo assim a capacidade vazão das instalações de galvanizado é superior, e os resultados dos ensaios mostram o efeito da perda de carga localizada nos acessórios (cotovelos e curvas).

A geometria do cotovelo dos tubos de cobre é bem mais desfavorável, em termos de perda localizada, que o próprio cotovelo de galvanizado, com uma angulosidade mais pronunciada, sendo, portanto uma fonte geradora de turbulência, que se sobrepõe à menor perda de carga unitária destes tubos.

 Os resultados obtidos valem única e exclusivamente para os tubos e conexões utilizadas nos ensaios.

 São Carlos, 4 de janeiro de 2000
Rodrigo de Melo Porto

RELATÓRIO DE ENSAIOS

INTERESSADO:  INDÚSTRIA DE FUNDIÇÃO TUPY

São Paulo – SP

OBJETO:  Ensaio comparativo de capacidade de vazão em linhas com tubos de cobre e de aço galvanizado de vários diâmetros
EXECUTOR:  Prof. Rodrigo de Melo Porto
DATA:  04 de janeiro de 2000

Obs.: A publicação deste ensaio foi autorizado pela Fundição Tupy e a Universidade de São Carlos