Perda de Carga Real e exemplos::

Perda de Carga

Real e exemplos:

Quando um líquido escoa de um ponto para outro no interior de um tubo, ocorrer sempre uma perda de energia, denominada perda de pressão (Sistemas de ventilação ou exaustão), ou perda de carga (Sistemas de bombeamento de líquidos). Esta perda de energia se dá devido principalmente ao atrito do fluído com uma camada estacionaria aderida à parede interna do tubo. O emprego de tubulações no transporte de fluídos pode ser realizado de duas formas: tubos fechados e canais abertos. Em suma, perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa.

No cotidiano a perda de carga é muito utilizada, principalmente em instalações hidráulicas. Por exemplo, quanto maior as perdas de cargas em uma instalação de bombeamento, maior será o consumo de energia da bomba. Para estimar o consumo real de energia é necessário que o cálculo das perdas seja o mais preciso possível.

No caso de escoamentos reais, a preocupação principal são os efeitos do atrito. Estes provocam a queda da pressão, causando uma "perda", quando comparado com o caso ideal, sem atrito. Para simplificar a análise, a "perda" será dividida em distribuídas (devidas ao atrito em porções de área constante do sistema) e localizadas (devidas ao atrito através de válvulas, tês, cotovelos e outras porções do sistema de área não-constante). (...) Como os dutos de seção circular são os mais comuns nas aplicações de engenharia, a análise básica será feita para geometria circular. Os resultados podem ser estendidos a outras formas pela introdução do diâmetro hidráulico, (...) A perda de carga total (Hp) é considerada como a soma das perdas distribuídas (hf) devidas aos efeitos de atrito no escoamento completamente desenvolvido em tubos de seção constante, com as perdas localizadas (hs) devidas a entradas, acessórios, mudanças de área etc. Conseqüentemente, consideramos as perdas distribuídas e localizadas em separado".

TIPOS DE PERDAS

Podemos classificar as perdas de duas formas: Perdas de carga distribuídas ou Primárias e Perdas de carga localizadas ou Secundárias. A perda de carga total é 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.

2.1 Perda de cargas distribuídas

"Poucos problemas mereceram tanta atenção ou foram tão investigados quanto o da determinação das perdas de carga nas canalizações. As dificuldades que se apresentam ao estudo analítico da questão são tantas que levaram os pesquisadores às investigações experimentais"

Curiosidade:

Assim foi que meados do século 19 os engenheiros hidráulicos Remi P.G. Darcy (1803-1858) e Julius Weisbach (1806-1871), após inúmeras experiências estabeleceram uma das melhores equações empíricas para o cálculo da perda de carga distribuída ao longo das tubulações, porém foi só em 1946 que Rouse vem a chamá-la de "Darcy-Weisbach", porém este nome não se torna universal até perto de 1980. A equação de Darcy-Weisbach é também conhecida por fórmula Universal para cálculo da perda de carga distribuída.

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.

2.2 Perda de cargas localizadas

Como dito anteriormente, o escoamento num sistema de tubos pode necessitar passar por uma diversidade de acessórios, curvas ou mudanças súbitas de área. Perdas de carga adicionais são encontradas, sobretudo, como resultado da separação do escoamento. A energia é eventualmente dissipada pela mistura violenta nas zonas separadas. Essas perdas serão menores e denominadas perdas localizadas se o sistema consistir em longos trechos de seção constante.

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.

Em suma, pode-se dizer que este tipo de perda é causado pelos acessórios de canalização isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, que provocam variação brusca da velocidade, em módulo 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.

Cada componente apresenta um valor específico de perda de carga

Figuras

Em um sistema para identificar a perda de carga total somamos a Perda de carga distribuída mais Perda de Carga Localizada. Representada pela fórmula:

Hp1-2 = Hpd + Hpl

3.1 Perda de carga distribuída

Para o cálculo desta perda pode-se utilizar inúmeras expressões que foram determinadas experimentalmente, porém aqui citarei a Fórmula Universal ou de Darcy-Weisbach:

Hpd = λ	L . V2
D	2g

Onde: L comprimento do tubo

D diâmetro do tubo V velocidade média do escoamento do fluido g aceleração da gravidade λ fator de resistência ao escoamento ou fator de atrito, que pode ser obtido da nas fórmulas a seguir (regime laminar ou turbulento).

É conveniente relembrar que um escoamento pode ser classificado duas formas, turbulento ou laminar. No escoamento laminar há um caminhamento disciplinado das partículas fluidas, seguindo trajetórias regulares, sendo que as trajetórias de duas partículas vizinhas não se cruzam. Já no escoamento turbulento a velocidade num dado ponto varia constantemente em grandeza e direção, com trajetórias irregulares, e podendo uma mesma partícula ora localizar-se próxima do eixo do tubo, ora próxima da parede do tubo.

Em geral, o regime de escoamento na condução de fluídos no interior de tubulações é turbulento, exceto em situações especiais, tais como escoamento a baixíssimas vazões e velocidades.

λ para escoamento em regime laminar: lembrar também que se Re<2000 o escoamento é laminar e o coeficiente de atrito independe da rugosidade, sendo:

Re

λ = 64 λ para escoamento em regime turbulento onde Re>2000 : existirá a necessidade de calcular a rugosidade específica e utilizar o Diagrama de Moody com ε/D e Re.

o Diagrama de Moody (há possibilidade de utilização de programas computacionais para obter-se este valor) Como:

µ

D

λ = f (ρ . V . D, k ) ou seja, λ é função do número de Reynolds e da rugosidade relativa (k/D), estas informações devem ser levantadas. Onde: k= Rugosidade absoluta.

Muitas vezes o escoamento não ocorrerá em uma tubulação que apresentam seção circular, desta forma devemos utilizar o diâmetro hidráulico para cálculo do número de Reynolds, da rugosidade relativa e das perdas primárias.

Dh = 4 . A P Onde:

A= real da seção transversal. P= Perímetro da seção

Para o cálculo das perdas de carga localizadas podemos utilizar a seguinte fórmula, que depende das dimensões e do tipo de material. Componentes com valores de ζ Tabelados..

Curiosidade::

Tabela de Cálculo da perda de carga

em tubulações

1604Devido a viscosidade e a capacidade da bomba, é possível determinar, mediante a tabela, a perda de carga para cada 100 m de

tubulação. Estabelece-se, nas escalas de viscosidade, capacidade e diâmetro interno do tubo, os valores correspondentes V, Q e D.

Unir os pontos V e Q com uma reta que cruza sobre a linha “índice” e o ponto de intersecção é o ponto I.

Traçar deste ponto I, uma reta que passe por D até que se encontre com a escala da perda de carga no ponto P; o valor correspondente

representa a perda de carga ao comprimento de 100 m de tubulação.

EXEMPLO: uma tubulação percorrida por um fluído de 150 cSt. de viscosidade, com uma vazão de 200 l/min e com um diâmetro de

40 mm, tenderá a uma perda de carga de 1 kg/cm2 por cada 100 m de comprimento.

A Figura ficou muito ruim mas pode ser visualizada em

http://www.verion.com.br/pdfs/productos/p-R-TABELAS-04.pdf

Referencias

http://www.verion.com.br/pdfs/productos/p-R-TABELAS-04.pdf

http://pt.wikibooks.org/wiki/Mec%C3%A2nica_dos_fluidos/C%C3%A1lculo_da_perda_de_carga_em_tubula%C3%A7%C3%B5es

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAARx8AJ/perda-carga-fenomenos-transporte