A Perda de Carga

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Demonstraremos através de cálculos os efeitos de perda de carga e tabelas de ensaios de alguns fabricantes de tubos e conexões.

DEFINIÇÃO DE PERDA DE CARGA

Perda de carga é a energia perdida por um fluido durante o escoamento. De uma forma bem simplificada, é a perda de pressão que um fluido tem ao longo de um duto pressurizado (onde a pressão interna da tubulação é maior que a atmosférica). O escoamento de um fluido ao longo de um duto sofre influência do atrito com a parede do tubo. As partículas que estão em contato com a parede tendem a adquirir a velocidade da parede do duto (0 m/s), que passa a influir nas demais partículas, e essa aderência a parede causa uma redução na pressão total do escoamento do fluido.

A perda de carga de uma maneira geral, é influenciada pela rugosidade da tubulação, diâmetro e comprimento do tubo, propriedades do produto tais como viscosidade e massa específica e por fim, a velocidade do escoamento.

1-TIPOS DE PERDA DE CARGA

1.1-PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA

A perda de carga distribuída consiste na perda de pressão ao longo de uma tubulação causada basicamente em detrimento do contato do fluido com a parede do tubo que por sua vez, tem uma rugosidade diferente de zero e o fluido tem viscosidade diferente de zero também.

Com base nesse conceito, podemos definir algumas relações:

- Quanto maior o comprimento de uma tubulação, maior a perda de carga;

- Quanto maior o diâmetro da tubulação, menor a perda de carga (o diâmetro é inversamente proporcional a perda de carga);

- Quanto maior a velocidade do fluido, maior a perda de carga;

- A rugosidade da parede do tubo tem influência direta na perda de carga, a tabela a seguir mostra a rugosidade relativa de alguns materiais usados comercialmente na fabricação de tubulações:

[pic 3]

Figura 1- Rugosidade relativa.

A viscosidade é uma das propriedades mais importantes dos fluidos quando falamos de perda de carga. Ela é fundamental para calcular o número de Reynolds, coeficiente este que determina o tipo de escoamento do fluido. O mesmo é dado pela seguinte formula:

Re = [pic 4]

Onde:

ρ = massa específica (kg/m³);

D = diâmetro da tubulação (m);

V = velocidade de escoamento (m/s);

µ = viscosidade dinâmica (N.s/m²);

Como parâmetro de referência, o número de Reynolds até 2100 o escoamento é considerado em regime laminar, entre 2100 e 4000 como regime de transição e acima de 4000, regime turbulento. Para escoamentos com números de Reynolds elevados a perda de carga é mais acentuada.

Dentre os estudiosos que escreveram sobre perda de carga destaca-se HAZEN-WILLIANS. Seu método é o mais utilizado para transporte de água e esgoto em tubulações acima de 50 mm.

[pic 5]

Onde:

h1 = perda de carga;

C = coeficiente que depende da natureza do material empregado na fabricação dos tubos e das condições de suas paredes internas;

D = diâmetro em m;

L = comprimento;

O coeficiente C assume valor entre 70 e 140 crescendo a medida em que o tubo fica mais liso.

1.2-PERDA DE CARGA LOCALIZADA

A perda de carga localizada ocorre toda vez que um acessório é disposto na tubulação. Chamamos de acessórios todos aqueles componentes que não são puramente um tubo tais como: válvulas, medidores de vazão, joelhos, conexões, tez ou qualquer outro tipo de componente que oferece resistência a passagem do fluido. A perda de carga localizada nesses componentes chamamos de k.

Alguns fabricantes tabelaram a perda de carga característica desses objetos afim de facilitar o trabalho de projetistas e engenheiros. Vejamos alguns:

[pic 6]

Figura 2 – Fator k relativo em alguns acessórios.

A perda de carga localizada pode ser calculada pela formula:

h1 = [pic 7]

Onde:

v = velocidade do fluido;

g = gravidade;

k = coeficiente de perda de carga em acessórios;

EXPERIMENTO PRÁTICO

Para fim de comprovar tal teoria, foi realizado um experimento em laboratório para aquisição de dados e comprovação através de cálculos a perda de carga localizada em uma tubulação de 1” conforme mostra a figura 3.

[pic 8]

Figura 3- Tubulação usada no experimento.

Dados do experimento:

- As tomadas de pressão 1 e 2 foram os pontos utilizados para medição da pressão;

- Tubulação com 1” de diâmetro;

- Vazão de 4500 L/h;

- Como acessórios, tem-se: 2 cotovelo de 45° e 1 cotovelo de 90°;

- A leitura dos manômetros indicaram: 1,09 Bar e 1,04 Bar;

Convertendo as unidades:

- 4500L/h equivalem a 1249 cm³/s;

- 1” equivale a 2,54 cm;

MEMORIAL DE CÁLCULO:

Fórmula da perda de carga:

h1 = ;[pic 9]

Fórmula da velocidade do fluido:

v = , onde:[pic 10]

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