Hidráulica Geral - Conduto Forçado Perda de Carga

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Universidade Federal do Pampa

Centro de Tecnologia de Alegrete

Hidráulica Geral

 

 

 

 

 

Condutos Forçados

Perda de Carga 

 

 

Albert Airton França Fernandes

Darielle Jacques Pavanelo

Professora Marília F. Tamioso

 

 

Alegrete/RS 19/05/2016.

1. INTRODUÇÃO

 

A perda de carga é a dissipação de energia de um fluido em movimento em uma tubulação. A prática sobre condutos forçados para verificação de suas perdas de carga realizada no Laboratório de Hidráulica da Universidade Federal do Pampa será retratada no relatório que se segue.

 Ela ainda recebe essa denominação, pois se trata de uma parcela de energia que não é recuperada pelo sistema, seja de forma cinética ou potencial.  Quando um fluído esta em movimento em uma tubulação percebe-se seu comportamento através do seu perfil de escoamento. As partículas em contato com as paredes da tubulação adquirem a sua velocidade, ou seja, velocidade nula, e transmite para as partículas vizinhas através da viscosidade e da turbulência essa mesma propriedade, dispersando mais energia.

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Figura 01 – Representação perfil de velocidade de um fluido qualquer.

A perda de carga (ΔH) pode ocorrer de duas formas: perda de carga contínua ou distribuída (ΔH’) e perda de carga localizada (ΔH’’). Perda de carga distribuída:  causada pelos dutos retilíneos, a perda de pressão é distribuída ao longo do comprimento do tubo, ou seja a pressão total diminui de forma gradativa até que percorra todo o comprimento. Já Perda de carga localizada: esse tipo de perda de carga é causado pelos acessórios de canalização, os aparelhos e conexões que ligam as tubulações, que costumam causar zonas de turbulência, (alteração da velocidade), causando a perda de energia nos pontos em que estão situadas. Os principais fatores envolvidos que motivam as perdas de cargas sejam elas contínua, distribuída ou localizada pela alteração da velocidade são: a rugosidade (Ԑ) do duto, da viscosidade (ν) do fluido.

Com perda de carga contínua (ΔH’) em razão do comprimento da tubulação (L) pode-se representar a perda de carga unitária (J). Que representa a inclinação da linha de energia ou carga. E a perda de carga localizada (ΔH’’) é obtida através do produto da velocidade média (v) ao quadrado pelo coeficiente de geometria da peça em questão (K) em razão de duas vezes o valor da aceleração da gravidade (g).

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Figura 02 – Representação perda de carga contínua e localizada

1. OBJETIVOS

O relatório apresenta os resultados da análise do ensaio em que se observou condições diferentes de vazão e diâmetro a perda de carga/energia resultante em condutos retos colocando em paralelo com a análise teórica, comparando suas distinções e aproximações.

 

 

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

O escoamento ao longo de um trecho 1 e 2 da figura que se segue pode ser descrita através da equação de Bernoulli da seguinte forma:

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Figura 03 – Representação gráfica da Equação de Bernoulli para condutos forçados.

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Se dois pontos distintos (1 e 2) apresentam a mesma cota geométrica, e supondo não haver diferença de vazão entre dois pontos (Lei de Conservação da Massa) para o mesmo diâmetro, tem-se:  

 =[pic 6][pic 7]

 =  [pic 8][pic 9]

Portanto, tem-se que:[pic 10][pic 11]

Logo:

[pic 12]

                                              Eq. 01

A perda de carga unitária (J), pode ser determinada a partir do resultado obtido da perda de carga total do escoamento e dividi-lo pelo comprimento (L) da tubulação.

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Para cada conexão do tipo joelho 90º a perda de carga localizada (ΔH’’) e o seu comprimento equivalente (Le) são calculados através das seguintes equações, respectivamente:  

[pic 14]

Eq. 03

[pic 15]

Eq. 04

Para condutos circulares, através da análise dimensional pode-se obter uma relação entre a perda de carga contínua, parâmetros geométricos do escoamento e propriedades relevantes do fluido.  Essa relação é a Equação Universal de Perda de Carga ou Equação de Darcy-Weisbach, que se apresenta como:

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Eq. 05

          Considerando a equação acima, pode-se descrever a perda de carga unitária:  

[pic 17]

                                      Eq. 06

Em que:

J = perda de carga unitária (m/m)

f = fator de atrito (adimensional)

L = comprimento do conduto (m)

D = diâmetro do conduto (m)

Q = vazão (m³/s)

V = velocidade média do escoamento (m/s)

 g = aceleração da gravidade (m/s²)

 

Além da Equação Universal de Perda de Carga existem fórmulas empíricas aplicadas à seção circular, em função da vazão (Q) e do diâmetro da tubulação.  

Fórmula de Hazen-Williams:      

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                                                 Eq. 07

Em que:

J = perda de carga unitária (m/m)

D = diâmetro do conduto (m)

Q = vazão (m³/s)

C = coeficiente de perda de carga

É recomendada para:

• escoamento turbulento de transição;
• líquido: água a 20°C;
• diâmetros iguais ou maiores que 100mm.

Fórmula de Fair-Whipple-Hsiao (para tubulação de PVC):              [pic 19][pic 20]

                       Eq. 08

Onde:

J = perda de carga unitária (m/m)

D = diâmetro do conduto (m)

Q = vazão (m³/s)

É recomendada para:

- instalações prediais de água fria ou quente;