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Mecânica dos Fluidos

Perda de Carga

Introdução Na engenharia trabalhamos com energia dos fluidos por unidadede peso, a qual denominamos “carga” (H);No escoamento de fluidos reais, parte de sua energia dissipa-seem forma de calor e nos turbilhões que se formam na corrente;Essa energia é dissipada devido à resistência causada pelaviscosidade do fluido, pela resistência provocada pelo seu contatocom a parede interna do conduto, e pelas resistências causadaspor peças de adaptação ou conexões (curvas, válvulas, ....)

Equação da Energia

〔^

〗ㄗ,ㄘ

Normalmente H

e H 1

são conhecidos pelo projetista devido à 2

configuração da instalação e pelas condições impostas (ex.: vazãodisponível ou necessária).Assim, ao se determinar H

P1,

é possível calcular H

, que éM

empregado no cálculo de potência da máquina (bomba ou turbina).

Perda de Carga (

ぃ

ㄗ,ㄘ

)

A perda de carga é uma diminuição na pressão total do fluido aolongo

de

todo

o

escoamento

provocada

pela

dissipação

de

energia devido ao atrito entre o fluido e a parede do tubo e devidoa presença de peças e acessórios.A perda de carga tem dimensão linear, e representa a energiaperdida pelo líquido por unidade de peso, entre dois pontos doescoamento.A unidade empregada é a mesma da carga manométrica (m).

Linha de Energia e Linha Piezométrica

Linha de Energia e Linha Piezométrica A diferença entre dois pontos quaisquer da linha de energia (LE)fornecerá o valor da perda de carga no trecho considerado.

Perdas de Carga A perda de carga é uma função complexa de diversos elementostais como:

^

Rugosidade do conduto;
^

Viscosidade e densidade do fluido;
^

Velocidade de escoamento;
^

Grau de turbulência do movimento;
^

Comprimento percorrido.

Perdas de Carga Elas são classificadas em:−^

Contínuas ou distribuídas (h

)f

Ocorrem ao longo de tubos retos, de seção constante, devidoao atrito das próprias partículas de fluido entre si.Só é considerável se houver trechos muito longos. −^

Singulares ou localizadas (h

)s

Ocorrem em locais onde o fluxo sofre perturbações bruscas noescoamento.Ex.: válvulas, obstruções parciais, mudanças de direção, etc.

Perda de Carga Distribuída Ocorrem em trechos retilíneos dos condutos, considerando:

•^

Regime permanente e fluidos incompressíveis

-^

Condutos cilíndricos

-^

Rugosidade uniforme e trecho considerado sem máquinas

Essa perda é considerável se tivermos trechos relativamentecompridos dos dutos.

ᡠ〳

=

ᡘ

ᠸ ᠰ

⡰ ᡴ 2ᡙ

Equação de

Darcy-Weissbach

Perda de Carga Distribuída A fórmula de Darcy-Weissbach é utilizada para calcular a perda decarga ao longo de um determinado comprimento do condutor,quando se conhece o coeficiente de atrito (f).O coeficiente de atrito (

f ) pode ser obtido como uma função do

número de Reynolds e da rugosidade relativa.

ᠰ〉^ –

Rugosidade relativa

: Relação entre o diâmetro do tubo e a

rugosidade absoluta (D

/ε)H

Perda de Carga Distribuída Escoamento Turbulento A dissipação de energia é causada pela rugosidade e pela viscosidade.Determinação do coeficiente de atrito f : Equação de Colebrook:Simplificada:

= −2,0 log

log

/ᠰ 3 ,^7

,^74 ⡨ ᡄᡗ

,⡷

⡰

Diagrama de Moody-Rouse

I

II

III

IV

V

Rugosidade para alguns materiais

Exercício Resolvido Considere um conduto com 100 m de comprimento, diâmetrode 0,1 m e rugosidade de 2 mm que transporta água a umavazão de 15 l/s à 20° C. Determine a perda de carga

do

escoamento no conduto. Cálculo pela equação universal da perda de carga e diagrama de Moody:

50

ε D

No diagrama de Moody:

υ

ρ^ μ

Dv Dv

. ..

Re

=

=

190642

Re

=