ESTUDO DE PERDA DE CARGA E CAVITAÇÃO

ETAPA 1

ESTUDO DA PERDA DE CARGA E CAVITAÇÃO

A perda de carga em dutos é a perda de energia devido ao atrito do fluido com a parede da tubulação e os acessórios nela encontrados.

O calculo da perda de cargas e realizado considerando a seção analisada.

Podemos classificar as perdas de duas formas: Perdas de carga distribuídas ou Primarias e Perdas de carga localizadas ou Secundarias. A perda de carga total e considerada como a soma das perdas.

A perda de carga distribuída se deve aos efeitos do atrito no escoamento completamente desenvolvido em tubos de seção constante. Já a perda de carga localizada se deve ao fato dos vários acessórios que uma tubulação deve conter como: válvulas, registros, luvas, curvas, etc.

A análise da perda de carga também varia com o tipo de escoamento das tubulações. Em perdas de cargas distribuídas se observa as perdas de cargas em relação ao regime turbulento de maneira diferente quando temos um escoamento laminar.

Na perda de carga Primária a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente ao longo do comprimento.

A perda de carga maior pode ser expressa como a perda de pressão para escoamento completamente desenvolvido através de um tubo horizontal de área constante.

Como a perda de carga representa a energia mecânica convertida em energia térmica por efeitos de atrito, a perda de carga para escoamento completamente desenvolvido em tubos de área constante depende tão somente dos detalhes do escoamento através do duto. A perda de carga e independente da orientação do tubo.

Assim foi que meados do século 19 os engenheiros hidráulicos Remi P.G. Darcy

(1803-1858) e Julius Weisbach (1806-1871), apos inúmeras experiências estabeleceram uma das melhores equações empíricas para o calculo da perda de carga distribuída ao longo das tubulações, porem foi só em 1946 que Rouse vem a chama-la de "Darcy-Weisbach", porem este nome não se torna universal ate perto de 1980. A equação de Darcy-Weisbach e também conhecida por formula Universal para calculo da perda de carga distribuída.

Sendo:

λ: fator de resistência ao escoamento ou fator de atrito (depende do regime do escoamento);

L: comprimento do tubo;

d: diâmetro do tubo;

V: velocidade media do escoamento do fluido;

g: gravidade.

O escoamento em tubulações pode exigir a passagem do fluido através de uma variedade de acessórios, curvas e mudanças súbitas de área. Perdas de cargas adicionais são encontradas, sobretudo, como resultados da separação do escoamento. A energia e eventualmente dissipada por forte mistura nas zonas separadas. Estas perdas serão relativamente menores, se o sistema incluir longos trechos retos de tubo de seção constante. Dependendo do dispositivo, as perdas de carga menores, ou localizadas, tradicionalmente serão calculadas de duas formas:

Hl = K V²

2g

Onde o coeficiente de perda, K, deve ser determinado experimentalmente para cada situação, ou:

Onde:

Le e o comprimento equivalente do tubo reto.

Para escoamentos em curvas e acessórios de uma tubulação, o coeficiente de perda, K, varia com a bitola (diâmetro) do tubo do mesmo modo que o fator de atrito, f , para o escoamento em um tubo de seção reta constante. Consequentemente, o comprimento equivalente, Le/d, tende para uma constante para diferentes bitolas de um dado tipo de acessório.

Este tipo de perda de carga ocorre sempre que o escoamento do fluido sofre algum tipo de perturbação, causada, por exemplo, por modificações na seção do conduto ou em sua direção. Tais perturbações causam o aparecimento ou o aumento de turbulências, responsáveis pela dissipação adicional de energia. As perdas de carga nesses locais são chamadas de perdas de carga localizadas, ou perdas de carga acidentais, ou perdas de carga locais, ou ainda, perdas de carga singulares. Alguns autores denominam as mudanças de direção ou de seção de singularidades.

Contudo, também se pode dizer que este tipo de perda e causado pelos acessórios de canalização isto e, as diversas pecas necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, que provocam variação brusca da velocidade, em modulo ou direção, intensificando a perda de energia nos pontos onde estão localizadas. O escoamento sofre perturbações bruscas em pontos da instalação tais como em válvulas, curvas, reduções, expansões, emendas entre outros.

A cavitação é comum em bombas de água e de óleo, válvulas, turbinas hidráulicas, propulsores navais e até em canais de concreto com altas velocidades, com em vertedores de barragens.

Do Teorema de Bernoulli, num escoamento de um liquido sempre que a velocidade aumenta a pressão cai, para que a energia mecânica