PERDAS DE CARGAS EM TUBULAÇÕES

Francisco DeniloJuliana LorenzoMauricio SodréUoston TavaresViviane Basílio

Tubulação

O perfeito dimensionamento de uma instalação hidráulica e seus componentes, tais como válvulas e principalmente de bombas hidráulicas depende em muito das dimensões e da correta disposição da tubulação a serem utilizadas.

Falaremos da perda de pressão, conhecida como perda de carga de uma rede hidráulica.

Dimensionamento da Tubulação

Ao se dimensionar as linhas de sucção e recalque, as considerações relativas ao custo tendem a favorecer as linhas de diâmetro tão pequeno quanto possível. Porém, quedas de pressão, ou perda de carga, nas linhas de recarga e sucção causam perda de capacidade da bomba e compressor e aumentam a potência necessária.

Perda de Carga (∆P)

Quando um fluido se desloca no interior de uma tubulação ocorre atrito deste fluido com as paredes internas desta tubulação, ocorre também uma turbulência do fluido com ele mesmo, este fenômeno faz com que a pressão que existe no interior da tubulação vá diminuindo gradativamente à medida com que o fluido se desloque, esta diminuição da pressão é conhecida como “Perda de Carga (∆P)”.

Logo podemos dizer que a perda de carga é uma restrição à passagem do fluxo do fluido dentro da tubulação, influenciando diretamente na altura manométrica de uma bomba (H) e sua vazão volumétrica (Q), ocasionando um aumento de potência consumida.

Tipos de Perda de Carga As perdas de carga podem ser de dois tipos;I. Normais: As perdas de cargas normais

ocorrem ao longo de um trecho de tubulação retilíneo, com diâmetro constante.

II. Acidentais ou localizadas: As perdas de carga acidentais ou localizadas são as perdas que ocorrem nas conexões (curvas, derivações), válvulas (registros de gaveta, registros de pressão) e nas saídas de reservatórios.

Velocidade

Na mecânica dos fluidos sabemos que quanto maior a velocidade de um fluido dentro de uma tubulação maior será a perda de carga deste fluido.

A relação entre a vazão volumétrica e a velocidade pode ser escrita como:

Vazão Volumétrica = Velocidade x Área interna da tubulação Q = V . A Onde: Q = Vazão volumétrica (m 3 / s) V = Velocidade do fluido dentro da tubulação (m / s) A = Área interna do Tubo (m 2 )

Cálculo da Perda de Carga (∆P) A perda de Pressão ou perda de carga (∆P) provocada pelo atrito no

interior de um tubo cilíndrico, para diversos fluidos homogêneos, como no caso da água, pode ser expresso pela equação de Darcy-Weissbach:

Onde: ∆P = Perda de Pressão (m) L = Comprimento Equivalente da Tubulação (m) D = Diâmetro Interno da Tubulação (m) V = Velocidade media do Refrigerante (m/s) g = Aceleração da gravidade (9,8 m/s 2 ) f = Fator de Fricção (adimensional)

Comprimento Equivalente (LEQU)

Todos os tubos tem um comprimento que medimos em seus trechos retos, este comprimento podemos definir como o comprimento real da instalação, as curvas, válvulas e demais singularidades existentes no sistema também representam uma grande parcela da perda de carga.

Existem diversas tabelas, que apresentam o comprimento equivalente para diversas singularidades em função de seu diâmetro nominal, para tubos de aço e cobre.

Exemplo: Calcular a Perda de Carga ∆P da instalação hidráulica, de um sistema

aberto, construída com tubo de aço galvanizado novo DN = 3”, conforme esquema abaixo que deve transportar uma vazão de água de Q = 30 m 3 /h :

Solução:

1. Determinar a vazão em m 3 / s

Q = 30 m 3 /h = 8,33 x 10 -3 m 3 / s

2. Determinar a área interna da tubulação de DN = 3” A área pode ser determinada na tabela 1: A = 4796 mm = 4796 x 10 -6 m 3 DI = 77,93 mm = 0,07793 m

3. Calcular a velocidade da água dentro da tubulação (V) :

V = Q / A V = 8,33 x 10 -3 m 3 / s / 4796 x 10 -6 m 3 V = 1,73 m/s

4. Determinar o Fator de Fricção (f): O fator de fricção (f), para tubo de aço galvanizado com DN = 3”, para uma velocidade V = 1,73 m/s pode ser obtido na tabela abaixo:

Por aproximação V = 1,73 m/s = 2,0 m/s Fator de Fricção (f) = 0,025 Fator de Fricção (f)

5. Calcular a Perda de Carga ∆P Utilizando-se a expressão pela equação de Darcy-Weissbach;

Onde: ∆P = Perda de Pressão (m) L = Comprimento Equivalente da Tubulação (43,9 m) D = Diâmetro Interno da Tubulação (0,07793 m) V = Velocidade media do Refrigerante (1,73 m/s) g = Aceleração da gravidade (9,8 m/s 2 ) f = Fator de Fricção (0,025)