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Mecânica dos Fluidos. Perda de Carga no Escoamento em Tubos. Prof. Rodolfo Rodrigues ... O conduto forçado é quando o fluido escoa preenchendo.
Tipologia: Esquemas
Compartilhado em 07/11/2022
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Perda de Carga no Escoamento em Tubos
Prof. Rodolfo Rodrigues Universidade Federal do Pampa
Fenômenos de Transporte Campus Bagé
Aula 5 (Abril/2019)
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Introdução
Figura 1: Classificação dos condutos: (a) conduto forçado ; (b) conduto livre. Fonte: Brunetti (2008).
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Introdução
O tubo é um conduto fechado e geralmente funciona como conduto forçado ; Já duto é um conduto fechado que transporta um gás ; A tubulação é um conjunto de tubos e seus diversos acessórios; Os acessórios de tubulações provocam mudanças de velocidade e direção do escoamento: Ex.: joelhos, tês, redutores/expansores, tampão, etc; As válvulas controlam a vazão ou interrompem o fluxo do escoamento de um tubo.
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Introdução
Raio e Diâmetro Hidráulicos
Perímetro “molhado” é o trecho do perímetro em que o fluido está em contato com a parede do conduto. Para um conduto forçado circular o diâmetro hidráulico é igual ao próprio diâmetro do conduto :
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Introdução
Tabela 1: Raio e diâmetro hidráulicos para vários condutos.
Ac p Rh Dh
πD^2 4
πD
D 4
D
a^2 4 a
a 4
a
ab 2 (a + b)
ab 2 (a + b)
2 ab a + b
ab 2 a + b
ab 2 a + b
4 ab 2 a + b a^2
3 4
3 a a
3 12
a
3 3 Fonte: Brunetti (2008).
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Perfil de Velocidade
Para tubos circulares a velocidade é zero na parede e máxima no centro para escoamento laminar ou turbulento (Fig. 3); Neste caso, o perfil de velocidade para o escoamento laminar é:
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Perfil de Velocidade
E o perfil de velocidade para o escoamento turbulento é:
r R
Para Engenharia uma relação importante é de vméd a partir de vmáx uma vez que somente esta última é medida: 1 Laminar: vméd = 0 , 5 · vmáx e 2 Turbulento: vméd = 4960 · vmáx 0 , 817 · vmáx.
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Rodolfo Rodrigues Fenômenos de Transporte
Camada Limite em Placa Plana
Seja uma placa plana de espessura pequena introduzida paralelamente a um escoamento uniforme e em regime permanente (Fig. 4); Seja a velocidade do fluido, ao longe da placa, uniforme v 0 ; Suponha-se que sejam medidas as velocidades ao longo de uma seção vertical (1) a (3); Verifica-se que junto à placa a velocidade é nula;
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Camada Limite em Placa Plana
Quando se percorre a vertical, v é crescente até que em A coincide com v 0 e se mantém para os demais pontos; Para (2) e (3) verifica-se que os pontos (B) e (C) estão mais afastados da placa; Os pontos (O), (A), (B) e (C) pertencem a uma linha a partir da qual v passa a ter valor v 0 ; No escoamento o fluido fica dividido em 2 regiões (Fig. 5): Camada limite (CL): v < v 0 devido à presença da placa e Fluido livre: v = v 0 , não sendo influenciado pela placa.
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Camada Limite em Placa Plana
Figura 5: Representação das regiões de camada limite (CL) e de fluido livre no escoamento em uma placa plana. Fonte: Brunetti (2008).
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Camada Limite em Placa Plana
Figura 6: Transição da camada limite (CL) laminar para a camada limite (CL) turbulenta. Fonte: Brunetti (2008).
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Camada Limite em Conduto Forçado
Seja o tubo de descarga de um tanque (Fig. 7); O fluido ao escoar no tubo forma uma CL crescente até
O regime dinamicamente estabelecido é definido a partir deste ponto quando o perfil de v tem um formato constante em qualquer seção;
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