Perdas localizadas e Dutos não-circulares
Produzido por Raphael EloiTeoria
Dutos não-circulares
Fala chefe! Tudo certo?
Bom, provavelmente você deve ter visto em algum lugar essas tubulações de ar:
Ou essas daqui:
Elas tem algo em comum que é o fato delas não serem circulares, isso muda um pouco nossa abordagem sobre escoamentos em dutos, porque o escoamento não é aquele que a gente tava vendo, com aqueles fatores de atrito e tudo mais.
Mas não muda muita coisa, fica tranquilo todo seu esforço terá valido a pena aqui também!
Uns caras pensando em realizar esses escoamentos nesses dutos não convencionais fizeram algumas relações algébricas e tudo mais e chegaram no conceito de Diâmetro Hidráulico :
Esse diâmetro é meio que um substituto pro diâmetro de círculos mesmo. Então todas as outras fórmulas ainda valem! Yey...
Vamos dar nomes aos bois:
Isso de “perímetro molhado” é onde o fluido toca o duto. Normalmente o perímetro da seção.
Por exemplo, na figura a seguir, o fluido encosta em todo o perímetro da tubulação retangular de 2 metros de altura e 3 metros de largura).
Logo, o perímetro molhado é Esse valor coincide com o perímetro da seção pois o fluido está molhando toda a seção.
Se o fluido estivesse na metade da altura do mesmo duto, como mostrado na figura a seguir, o perímetro molhado seria outro:
Então é só substituirmos nas nossas expressões esse :
Assim tudo muito bonito e tal, mas é bom entender que isso tudo são aproximações pra gente poder continuar usando nossas fórmulas de antes. Ou seja, os nossos resultados apresentam um erro.
No escoamento turbulento esse erro é bem pequeno, mas no caso laminar a coisa fica um pouco mais complicada. Vou descrever rapidinho como ficam as expressões de no caso laminar:
-Seção retangular e triangular:
-Seção em anel ( é o raio maior e o raio menor):
Ou usa essa tabelinha:
Perdas Localizadas
Seguindo nossos estudos, vamos dar uma olhada em um negócio chamado perda localizada.
O que significa esse troço? Significa que podem existir coisas nas nossas tubulações que dão mais dificuldade do fluido se movimentar. Mas por quê alguém faria isso?
Porque a gente precisa fechar ou diminuir o escoamento, a gente precisa controlar o escoamento, por isso usamos válvulas. Só por curiosidade, vou jogar um exemplo de como é uma válvula aqui:
Mas também temos perdas por causa de curvas ou cotovelos na nossa tubulação. É a mesma coisa quando estamos no trânsito, chega na hora da curva ou a gente freia o carro ou a gente sai voando da pista. Como o fluido ta preso pelos dutos, ele não tem a escolha de sair voando. Mas imagina que louco um fluido derrapando...
Contrações ou expansões também fazem a gente perder energia, se olhar essa figurinha aqui em baixo isso fica claro:
TODO MUNDO FREIA QUANDO JUNTA AS PISTAS!
Trânsito e sua extrema familiaridade com escoamentos fluidos...
Sem mais delongas vamos ver como calcular essas perdas.
Lembra do das perdas de carga globais? Agora a gente vai ter um carinha chamado perda de carga localizada.
Normalmente essas perdas são calculadas experimentalmente, então em breve veremos várias tabelas de um valor chamado coeficiente de perda localizada . Ele se relaciona com assim:
Lembrando que a gente pode ter um monte de perdas localizadas, mas é só fazer o somatório delas que ta tudo tranquilo.
Se você quiser, podemos reescrever nossa equação da energia, com um formato mais geral:
Aqui em baixo vou colocar uma tabelinha de valores de de válvulas, cotovelos, em função do diâmetro da tubulação, só pra gente ter uma ideia de como funciona. Existem vários tipos de tabelas e gráficos que descrevem perdas locais. Conforme aparecerem nos exercícios a gente aplica elas.
Então show? Bora praticar?