Perda de Carga em Tubos Lisos e Rugusos

1. INTRODUÇÃO

As perdas de carga são perdas de energia hidraulica que acontecem devido a

viscosidade da agua e mais algumas fatores como o atrito deste com uma camada

estacionária aderida à parede interna do tubo ou em razão da turbulência devido às

mudanças de direção do traçado. (ROCHA, 2018)

Pela afirmação acima deduzimos que a perda de carga está diretamente relacionada

com a turbulência que ocorre no conduto. Assim, é possível imaginar que, em uma

tubulação retilínea, a perda de carga seja menor se comparada com uma tubulação

semelhante, mas com uma série de peças especiais, tais como curvas, cotovelos, etc.

(BARRAL, 2019)

Existem dois tipos de perdas de carga: as distribuídas e as localizadas.

1.1 DISTRIBUÍDAS

Esse tipo de perda de carga ocorre em trechos de tubulação retilíneos e de diâmetro

constante. Ela se dá porque a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão

distribuída ao longo de seu comprimento que faz com que a pressão total vá diminuindo

gradativamente, daí o nome perda de carga distribuída. (VIANNA, 2019)

Expressão usando a fórmula universal:

𝑳 𝒗𝟐

∆𝒉 = 𝒇. (𝑫

) . (𝟐𝒈)

Onde:

 Δh é a perda de carga distribuída (m);

 f é o fator de atrito (adimensional);

 L é o comprimento da tubulação (m);

 D é o diâmetro da tubulação (m);

 v é a velocidade média do escoamento (m/s);

 g é a aceleração da gravidade (m²/s).

1.2 LOCALIZADAS

A perda de carga localizada ocorre em trechos da tubulação onde há presença de

acessórios, sejam eles: válvulas, curvas, derivações, registros ou conexões, bombas,

turbinas e outros. A presença desses acessórios contribui para a alteração de módulo ou

direção da velocidade média do escoamento e, conseqüentemente, de pressão no local, ou

seja, age alterando a uniformidade do escoamento. (VIANNA, 2019)

Assim sendo, há contribuição para o aumento da turbulência no fluido e essa

turbulência provoca a perda de carga. Neste caso, a perda de carga é provocada pelos

acessórios na tubulação e recebe o nome de perda de carga localizada.

A seguir, a fórmulas usada para o cálculo da perda de carga localizada em uma

tubulação (para vários acessórios), utilizando a expressão geral da perda de carga

localizada, sendo ela:

𝑽

𝟐

∆𝒉 = 𝑲. (𝟐𝒈)

Onde:

 K é um coeficiente (adimensional) e será estudado em várias situações, a seguir;

 V é uma velocidade de referência (m/s);

 g é a aceleração da gravidade (m²/s).

2. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA

Os escoamentos são o que ocorrem envoltos por superfícies sólidas. Escoamento em

canal aberto: Escoamento interno de líquidos onde o duto não fica completamente

preenchido, havendo uma superfície livre sujeita a uma pressão constante. Quando temos o

fluido escoando no interior de um tubo, temos um escoamento em conduto fechado.

Hidraulicamente liso - este regime de escoamento é estabelecido para uma faixa de

número de Reynolds variável, onde o limite inferior depende da turbulência natural e o

limite superior depende da rugosidade da parede. O escoamento no interior do tubo é

turbulento, porém existe próximo a parede interna, devido ao princípio de aderência, uma

subcamada (ou subníveis) laminar, que cobre a rugosidade da parede. Neste caso a parede é

denominada de hidraulicamente lisa e o “ f não depende” do material da tubulação.

Hidraulicamente rugoso - este regime de escoamento é estabelecido quando a

rugosidade da parede torna-se maior que a espessura da subcamada (ou subníveis) laminar .

Neste tipo de escoamento o diagrama de velocidade aproxima-se do estabelecido para o

escoamento ideal, como mostra a figura 1.

Figura 1 - Representação de um tubo rugoso

Fonte: Escola é vida

Para o escoamento hidraulicamente rugoso o “f” depende somente do parâmetro

denominado rugosidade relativa equivalente, que é um adimensional calculado pela

expressão representada pela equação.

πi = Δh/K => rugosidade relativa equivalente

Assim para determinar as perdas de carga, existem dois tipos: as distribuídas e

localizadas, depois de definas será possível calcular as perdas em cada situação.

3. METODOLOGIA

Com o auxilio da bancada didática (figura 1) foi realizado o experimento,