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370 Unidade 6 - Cálculo de Perda de Carga
Objetivos da segunda aula da unidade 6
Introduzir a classificação da perda de carga em uma instalação hidráulica.
Caracterizar as condições para ocorrer à perda de carga distribuída e a perda de carga singular (ou localizada).
Definir perda de carga distribuída e a perda de carga singular (ou localizada).
Introduzir os conceitos de Linha Piezométrica e Linha de Energia
Exemplificar a perda localizada.
Introduzir as expressões para o cálculo da perda de carga distribuída e perda de carga localizada.
Exercícios: 6.9 a 6.
6.3 Classificação das Perdas de Carga
6.3.1 Perda de Carga Distribuída → hf ou ∆ H
A perda de carga distribuída é devida a fricção das partículas fluidas entre si e das partículas fluidas com a parede interna do tubo.
O estudo da perda de carga distribuída (hf ou ∆H) é realizado nas seguintes condições:
a - trecho da tubulação formado só pelo tubo de área de seção transversal constante;
b - comprimento do tubo não desprezível;
c - tubo considerado sem nenhuma obstrução e sem mudanças de direção.
A figura 6.1 representa um trecho de uma instalação, onde entre as seções (1) e (2) só ocorre à perda de carga distribuída. Instalamos, em cada uma destas seções, um piezômetro que permite a leitura de suas cargas de pressão.
Unindo-se os pontos (A) e (B) por uma reta, temos o que denominamos de linha piezométrica (LP), que é o lugar geométrico que representa a soma das cargas de pressão e potencial.
371 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos
Aplicando a equação de energia entre (1) e (2) da figura 6.1, temos:
γ
γ f =^12
p p h equação 6.
A equação 6.1, permite afirmar que a diferença entre dois pontos da LP representa a perda de carga distribuída no trecho compreendido entre eles.
γ
p 2 γ
p 1
(A)
(B)
L
α hf
Figura 6.
Considerando L, como sendo o comprimento do tubo compreendido entre as seções (1) e (2) e (α) como sendo o ângulo de inclinação da linha piezométrica (L.P), podemos escrever que:
J
L
h tg α = f^ = equação 6.
Notas :
- Em trechos de instalações hidráulicas análogas ao representado pela figura 6.1, podemos afirmar que a linha piezométrica é decrescente no sentido do escoamento.
- Evocando o conceito da linha de energia (L.E), que é o lugar geométrico que representa a carga total das seções do escoamento, podemos afirmar que a diferença entre a cota da L.E e a cota da L.P nos fornece sempre a carga cinética da seção considerada.
373 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos
Figura 6.
L
P 1
P 2
Novamente sabendo que o L é desprezível e aplicando a equação da energia, temos:
2 g
p p v v h
2 2
2 1 2 1 S
γ
= equação 6.
Nota : Na equação 6.4 consideramos que, tanto na seção (2), como na seção (1), o escoamento é turbulento, ou seja α 1 = α 2 ~ 1,0.
foto 1^1
(^1) Na foto, o laboratorista Manoel Luiz da Silva, no laboratório de Mecânica dos Fluidos da Faculdade
de Engenharia Industria (FEI), mostra trechos onde ocorrem a perda de carga distribuída e a perda de carga localizada.
374 Unidade 6 - Cálculo de Perda de Carga
6.4 Cálculo Perda de Carga Distribuída (hf ou ∆ H)
Apresentamos o cálculo da perda de carga distribuída pela chamada fórmula universal, que é originada da análise dimensional (exercício 4.14.23), isto pelo fato da mesma ser válida para qualquer escoamento incompressível e ainda ser reconhecida pela ABNT.
Nota : No apêndice 6.1 mostramos outra maneira comumente usada para a determinação da perda de carga distribuída, que é através da fórmula de Hazen-Williams.
A equação 6.5, representa a fórmula universal.
2 g
v D
L
h f
2
H
f =^ × × equação 6.
onde:
f → coeficiente de perda de carga distribuída
L→ comprimento do tubo de área de seção transversal constante
DH → diâmetro hidráulico
v → velocidade média do escoamento
g → aceleração da gravidade, comumente considerada igual a 9,8 m/s^2
6.5 Cálculo da Perda de Carga Localizada ou singular (hS)
A expressão representada pela equação 6.6^2 é usada para o cálculo da perda de carga localizada (singular):
2 g
v h Ks.
2 S =^ equação 6.
(^2) Para projetos de instalações hidráulicas muitas vezes não utilizamos esta expressão para o cálculo da
perda de carga localizada, mas sim o conceito de comprimento equivalente como mostraremos mais adiante.
