Condutos forçados

ESCOAMENTO DE CONDUTOS FORÇADOS

Condutos forçados são canalizações em que o escoamento ocorre a uma pressão diferente da pressão atmosférica, no estudo do escoamento dos fluidos dois regimes principais são observados: o LAMELAR, também chamado de LAMINAR, o de TRANSIÇÃO e o TURBULENTO.

ESCOAMENTO LAMINAR

No escoamento laminar, as partículas do fluído movem-se em camadas ou lâminas segundo

uma trajetória reta e paralela. A magnitude das velocidades das lâminas adjacentes não é a

mesma. O escoamento laminar é regido pela lei que relaciona a tensão de cisalhamento à

relação de deformação angular, isto é, o produto da viscosidade do fluído pelo gradiente

velocidade. A viscosidade do fluído é dominante e assim elimina qualquer tendência às

condições de turbulência. As perdas variam linearmente com a velocidade, existe uma

velocidade relativa entre as linhas de corrente adjacentes e a velocidade atinge o seu valor

máximo no centro do tubo e mínimo nas paredes do tubo, seguindo uma determinada

parábola.

REGIME DE TRANSIÇÃO

Representa a passagem do escoamento laminar para o turbulento ou vice-versa.

REGIME TURBULENTO

O movimento é mais rápido, as partículas não seguem uma trajetória definida, cruzando-se, de forma aleatória, ao longo do fluxo. Nessas condições, as perdas de carga estão relacionadas, principalmente, ao atrito do fluido com as paredes da tubulação, e, por conseguinte, de sua rugosidade. A parcela de perda devida a viscosidade propriamente dita, é menos importante, fechados e escoamento com seção cheia. Foi Osborne Reynolds (1883) quem primeiramente definiu critérios para se avaliar o tipo de regime de um determinado escoamento.

EXPERIÊNCIA DE REYNALDS

Consiste na injeção de um corante líquido na posição central de um escoamento de água interno um tubo circular de vidro transparente. O experimento teve como objetivo a visualização do padrão de escoamento de água através de um tubo de vidro, com o auxílio de um fluido colorido (corante). O comportamento do filete do corante ao longo do escoamento no tubo define três características distintas .

Colocando-se corante no reservatório A e abrindo-se pouco o registro B, observando-se que o filete colorido flui sem quaisquer perturbações ou misturas, o movimento é lento portanto Regime Laminar. Ao se abrir um pouco mais o registro, em dado momento o filete se desfaz, apresentando-se com interrupções e bruscas variações de direção. Instala-se então o Regime de TRANSIÇÃO. Continuando a abertura do registro, verifica-se que o filete desaparece por completo, misturando-se totalmente ao corante. É a instalação do regime TURBULENTO.

Regime LAMINAR:

•O corante não se mistura com o fluido, permanecendo na forma de um filete no centro do tubo;

•O escoamento processa-se sem provocar mistura transversal entre o escoamento e o filete, observável de forma macroscópica;

•Como “não há mistura”, o escoamento aparenta ocorrer como se lâminas de fluido deslizassem umas sobre as outras .

REGIME DE TRANSIÇÃO

O filete apresenta alguma mistura com o fluido deixando de ser retilíneo sofrendo ondulações;

•Essa situação ocorre para uma pequena gama de velocidade e liga o regime laminar a outra forma mais caótica de escoamento;

•Foi considerado um estágio intermediário entre o regime laminar e o turbulento.

REGIME TURBULENTO

•O filete apresenta uma mistura transversal intensa, com dissipação rápida;

•São perceptíveis movimentos aleatórios no interior da massa fluida que provocam o deslocamento de moléculas entre as diferentes camadas do fluido(perceptíveis macroscopicamente);

•Há mistura intensa e movimentação desordenada.

 

Reynolds estabeleceu a expressão adimensional

denominada NÚMERO DE REYNOLDS, onde:

D – diâmetro da canalização (m)

V – velocidade média do fluido ao duto (m/s)

υ – viscosidade cinemática do fluido (m²/s)

Em suas experiências Osborne Reynolds observou que, enquanto o valor de Re permanece abaixo de 2000 o escoamento comporta-se como LAMINAR. Para valores de Re entre 2000 e 4000 observa-se um comportamento irregular, em que o regime tende a se perturbar, podendo se comportar como laminar em uma forma instável, de modo que qualquer ação perturbadora determinará sua instantânea mudança para turbulento. Finalmente, para valores de Re maiores que 4000, o escoamento é dito TURBULENTO.

Assim:

Número de Reynolds Tipo de Escoamento

Re < 2000 LAMINAR

2000 < Re < 4000 TRANSIÇÃO

Re > 4000 TURBULENTO

Na prática, todas as tubulações de abastecimento de água trabalham no regime turbulento. Para se ter uma ideia basta considerar os seguintes dados:

1- A maior incidência de diâmetro em redes de distribuição é de 50 mm;

2- A velocidade média nas redes de distribuição é de 0,9 m/s;

3- A temperatura média da água nas redes de distribuição é de 20°C

A curva limite dos tubos hidraulicamente lidos pode ser representada, na faixa de 3000< Re < 10⁵por uma expressão conhecida como fórmula de Blasius:

Blasius, que foi o primeiro a correlacionar as experiências