Perda de carga
Perda de carga é a energia perdida pela unidade de percurso do fluido quando este escoa. Termo muito utilizado em engenharia e mecânica dos fluidos.
A perda de carga num tubo ou canal, é a perda de energia dinâmica do fluido devido à fricção das partículas do fluido entre si e contra as paredes da tubulação que os contenha.
Podem ser contínuas, ao longo dos condutos regulares, acidental ou localizada, devido a circunstâncias particulares, como um estreitamento, uma alteração de direção, a presença de uma válvula, etc.
Perda de carga em conduto retilíneo
Se o fluxo é uniforme, ou seja, que a seção é constante, e portanto a velocidade também é constante, o princípio de Bernoulli, entre dois pontos pode ser escrito da seguinte forma:
onde:
- = constante gravitacional;
- = altura geométrica na direção da gravidade na seção ou ;
- = pressão ao longo da linha de corrente;
- = densidade do fluido;
- = perda de carga; ; sendo a distância entre as seções 1 e 2; e, a variação na pressão manométrica por unidade de comprimento ou inclinação piezométrica, valor que se determina empiricamente para os diversos tipos de material, e é função do raio hidráulico e da rugosidade das paredes e da velocidade média da água.
Expressões práticas para o cálculo
Para tubos cheios, onde , a fórmula de Bazin se transforma em:
Os valores de são:
- 0,16 para tubos de aço sem soldadura
- 0,20 para tubos de cimento
- 0,23 para tubos de ferro fundido
Simplificando a expressão anterior para tubos de ferro fundido:
A fórmula de Kutter, da mesma forma pode ser simplificada:
Com m = 0,175;
Com m = 0,275;
Com m = 0,375;
ver: Coeficiente de rugosidade
Perdas de carga localizadas
Para qualquer sistema de tubulações, além da perda de carga por atrito do tipo Moody, calculada para o comprimento do tubo, existem as perdas adicionais chamadas de perdas localizadas, devido à:
- Entrada e saída de tubos;
- Curvas, cotovelos, tês e outros acessórios;
- Expansão ou contração brusca;
- Válvulas, totalmente abertas ou parcialmente abertas;
- Expansão e contração gradual.
As perdas de carga localizadas podem ser determinada a partir do coeficiente de perda de carga (K), conforme a equação:
Onde:
- = perda de carga localizada (m);
- = velocidade média do fluido (m/s), antes ou depois do ponto singular, conforme o caso;
- = Coeficiente determinado de forma empírica para cada tipo de ponto singular;
- = gravidade (m/s²).
A seguir são apresentados os valores de K para diferentes acessórios:
Descrição | K[1] | Descrição | K[2] | Descrição | K[3] |
Entrada com reentrância | 0.80 | Curva suave de 90° flangeado | 0.30 | Válvula globo de 25 mm flangeada | 13.00 |
Entrada com canto vivo | 0.50 | Curva suave de 90° rosqueado | 0.90 | Válvula globo de 25 mm rosqueada | 8.20 |
Entrada com pequeno arredondamento | 0.20 | Curva chanfrada de 90° | 1.10 | Válvula gaveta de 25 mm flangeada | 0.80 |
Entrada com arredondamento acentuado | 0.04 | Curva de retorno de 180° flangeado | 0.20 | Válvula gaveta de 25 mm rosqueada | 0.24 |
Saída com reentrância | 1.00 | Curva de retorno de 180° rosqueado | 1.50 | Válvula retenção de 25 mm flangeada | 2.00 |
Saída com canto vivo | 1.00 | Tê (escoamento de desvio) flangeado | 1.00 | Válvula retenção de 25 mm rosqueada | 2.90 |
Saída com pequeno arredondamento | 1.00 | Tê (escoamento de desvio) rosqueado | 2.00 | Válvula em ângulo de 25 mm flangeada | 4.50 |
Saída com arredondamento acentuado | 1.00 | União rosqueada | 0.08 | Válvula ângulo de 25 mm rosqueada | 4.70 |
Comprimento equivalente
A perda de carga localizada pode ser determinada a partir de um comprimento equivalente (), ou seja, a perda que seria causada por um comprimento de tubo equivalente à perda que efetivamente é causada pelo acessório.[4]
A perda de carga localizada pode ser determinada a partir do comprimento equivalente, conforme a equação:
Onde:
- = perda de carga localizada (m);
- = velocidade média do fluido (m/s), antes ou depois do ponto singular, conforme o caso;
- = fator de atrito de Darcy;
- = gravidade (m/s²);
- = comprimento equivalente (m);
- = diâmetro interno da tubulação (m).
É possível relacionar o comprimento equivalente ao coeficiente de perda de carga, conforme a equação:
O valor do comprimento equivalente pode ser obtido a partir de tabelas disponíveis na literatura e que variam de acordo com o tipo de acessório e o material.
Para o cálculo da perda de carga total da tubulação, é necessário considerar a perda de carga distribuída e a perda de carga localizada, conforme a equação:
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