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Calculadora de Perda de Carga por Atrito

Índice

O que é perda de carga por atrito?Como calcular a perda de carga por atritoEquação de Hazen-WilliamsUsando a calculadora de perda por atrito da tubulaçãoExemplo: Usando a calculadora de perda de carga por atritoPerguntas frequentes

A calculadora de perda de carga por atrito da Omni ajuda você a calcular a quantidade de perda de pressão devido ao atrito para uma determinada dimensão de tubo e vazão volumétrica. O fluxo de fluido dentro de um tubo ou conduíte é afetado pelo atrito, assim como ao empurrar uma caixa pesada em uma superfície áspera. A força de atrito que surge devido à interação dos fluidos com as paredes do tubo causa uma perda de energia. Esta ferramenta utiliza a fórmula de Hazen-Williams para calcular a perda por atrito.

Além disso, você pode estimar a perda de pressão devido ao atrito usando nossa ferramenta, o que significa que esta calculadora de perda de carga por atrito pode encontrar a queda de pressão em um sistema de tubulação de água. Exemplos comuns de sistemas de tubulação de água são o fornecimento de água para a cozinha, o sistema de aspersão no telhado, a água em uma mangueira de incêndio e o sistema de tubulação usado para encher piscinas.

O fluxo de água nos sistemas mencionados tem eficiência e pressão variadas, dependendo de fatores como o atrito devido ao material do tubo. Cada material contribui de forma diferente para a perda de carga, por exemplo, a perda por atrito em uma mangueira de incêndio não é igual à perda por atrito em conexões de tubulação. Nas seções seguintes, descobriremos a variação da pressão de perda de carga por atrito devido a uma mudança de material.

O que é perda de carga por atrito?

Quando um fluido passa por um conduíte ou tubo, a rugosidade das paredes internas do tubo e a viscosidade do fluido afetam o fluxo do fluido, causando uma perda de energia ou pressão, também conhecida como perda de carga. Essa perda de pressão afeta a eficiência das máquinas de bombeamento, bem como a vazão na saída. Os engenheiros estimam essa perda com base nos tubos usados no sistema para que você obtenha a vazão desejada do fluxo de água.

Como calcular a perda de carga por atrito

Há várias maneiras de calcular a perda de carga por atrito em conexões de tubulação, como a fórmula de Darcy-Weisbach, a lei de Hagen-Poiseuille e a fórmula de perda por atrito de Hazen-Williams. Cada formulação tem suas vantagens e desvantagens, as quais podem ser vistas em detalhes em três calculadoras dedicadas da Omni: a calculadora da equação de Darcy-Weisbach 🇺🇸, a calculadora da lei de Poiseuille 🇺🇸 e a calculadora de fluxo de tubulação. A Lei de Hagen-Poiseuille, por exemplo, utiliza a viscosidade dinâmica e possui limitações de aplicação em condições de baixa viscosidade do fluido e em tubos largos devido ao fluxo de água turbulento, decorrente do aumento do número de Reynold. Saiba mais sobre os efeitos desse número único e importante em nossa calculadora do número de Reynolds.

Isso levou os pesquisadores a se moverem em direção a modelos mais complexos, como a fórmula de Darcy-Weisbach. No entanto, apesar de ser universalmente aplicável e altamente preciso, o fator de atrito na fórmula de Darcy-Weisbach é difícil de estimar e precisa ser complementado pelo diagrama de Moody. O diagrama de Moody também se baseia no número de Reynolds para estimar o fator de atrito. Por fim, a equação de Hazen-Williams foi apresentada como uma versão mais simples para estimar as perdas por atrito do tubo. A equação, no entanto, é limitada à água como meio fluido.

Equação de Hazen-Williams

A perda de carga por atrito, HLH_\mathrm{L}, pode ser estimada pela fórmula empírica de Hazen-Williams, a qual utiliza o comprimento, LL, e o diâmetro, DD do tubo, além da vazão volumétrica, QQ, e do coeficiente de rugosidade, CC, e cuja forma é:

HL=10,67LQ1,852C1,852D4,87H_\mathrm{L} = \frac{10{,}67\cdot L \cdot Q^{1{,}852}}{C^{1{,}852}\cdot D^{4{,}87}}

Como alternativa, a equação em unidades imperiais é:

HL=4,52LQ1,852C1,852D4,87H_\mathrm{L} = \frac{4{,}52 \cdot L \cdot Q^{1{,}852}}{C^{1{,}852}\cdot D^{4{,}87}}

Além disso, a queda de pressão, PdP_\mathrm{d}, pode ser estimada a partir da perda de carga, HLH_\mathrm{L}, usando o peso específico da água, WW como:

Pd=HLWP_\mathrm{d} = H_\mathrm{L} \cdot W

Usando a calculadora de perda por atrito da tubulação

Siga os passos abaixo para estimar a perda de carga por atrito:

  1. Digite as dimensões do tubo, ou seja, o diâmetro, DD, e o comprimento, LL.

  2. Insira a vazão volumétrica, QQ.

  3. Você pode escolher o material do tubo, que fornecerá seu respectivo coeficiente de rugosidade, CC.

Como alternativa, você pode selecionar personalizado como o material e inserir manualmente o coeficiente de rugosidade.

  1. Na calculadora de atrito do tubo, você irá obter a perda de carga por atrito para o sistema de tubulação.

Você também pode alterar os materiais utilizando os mesmos valores para as dimensões e vazão volumétrica, notando, assim, a diferença entre a perda de pressão e o desempenho de diferentes materiais de tubulação. Veja abaixo um exemplo.

🙋 Você também pode encontrar utilidade em nosso conversor de poise para stokes 🇺🇸 ao lidar com esses problemas. Dê uma olhada!

Exemplo: Usando a calculadora de perda de carga por atrito

Estime a perda de pressão devido ao atrito em um tubo de cobre com diâmetro 250 mm250\ \mathrm{mm} e comprimento 10 m10\ \mathrm{m}, se a vazão volumétrica for 0,5 m3/s0{,}5\ \mathrm{m^3/s}. Considere que o peso específico da água, WW, é 9.810 N/m39.810\ \mathrm{N/m^3}.

Isso resulta em D=250 mm=0,25 mD = 250\ \mathrm{mm} = 0{,}25\ \mathrm{m}, L=10 mL = 10\ \mathrm{m} e Q=0,5 m3/sQ = 0{,}5\ \mathrm{m^3/s}.

Além disso, para um tubo de cobre, C=135C = 135.

HL=10,6710(0,5135)1,8520,254,87=2,868 m\begin{split} H_\mathrm{L}&=\frac{10{,}67 \cdot 10 \cdot \left(\frac{0{,}5}{135}\right)^{1{,}852}}{0,25^{4{,}87}}\\[1em] &=2{,}868\ \mathrm{m} \end{split}

A perda de pressão, PdP_\mathrm{d}, pode ser estimada da seguinte forma:

Pd=2,8689.810=28.135,08 N/m2=0,28 bar\begin{split} P_\mathrm{d}&= 2{,}868 \cdot 9.810\\ &= 28.135{,}08\ \mathrm{N/m^2}\\ &= 0{,}28\ \mathrm{bar} \end{split}

Isso implica que a perda de pressão no fluxo devido ao atrito do tubo é 0,28 bar0{,}28\ \mathrm{bar}. Agora, vamos comparar isso com um material de tubulação diferente, por exemplo, um tubo de fibra de vidro (PRFV).

Para a fibra de vidro, C=150C = 150. Portanto,

HL=10,6710(0,5150)1,8520,254,87=2,3594 m\begin{split} H_\mathrm{L}&=\frac{10{,}67 \cdot 10 \cdot \left(\frac{0{,}5}{150}\right)^{1{,}852}}{0{,}25^{4,87}}\\[1em] &=2{,}3594\ \mathrm{m} \end{split}

para um fluxo de água.

A queda de pressão, PdP_\mathrm{d}, pode ser estimada como:

Pd=2,35949.810=23.145,714 N/m2=0,23 bar\begin{split} P_\mathrm{d} &= 2{,}3594 \cdot 9.810\\ &= 23.145{,}714\ \mathrm{N/m^2}\\ &= 0{,}23\ \mathrm{bar} \end{split}

Observamos que a perda de pressão devido ao atrito é maior em tubos de cobre em comparação com tubos de fibra de vidro.

Perguntas frequentes

O que causa o atrito em um tubo?

O atrito no fluxo de um líquido no interior de um tubo resulta em perda de pressão do fluido. Isso levará à ineficiência da máquina de bombeamento e à perda de pressão na saída. Você pode calcular essa perda de pressão usando nossa calculadora de perda de carga por atrito.

Como calcular a perda de carga por atrito em um tubo?

Para calcular a perda de carga por atrito em um tubo usando a equação de Hazen-Williams, siga os passos a seguir:

  1. Multiplique o comprimento do tubo L pela vazão volumétrica Q elevada a potência 1,852.

  2. Divida esse valor pelo diâmetro do tubo D elevado à potência 4,87.

  3. Divida esse valor pelo coeficiente de rugosidade do tubo C elevado à potência 1,852.

  4. Se todas as dimensões estiverem em unidades métricas, multiplique o resultado do passo 3 por 10,67 para obter a perda de carga por atrito. Se você estiver usando unidades imperiais, multiplique por 4,52.

  5. Como alternativa, você pode usar nossa calculadora de perda de carga por atrito!

Quais são os três métodos para calcular a perda por atrito da água no fluxo da tubulação?

Os três métodos que podemos usar para calcular a perda por atrito na água que flui em um tubo são:

  1. Método de Hagen-Poiseuille.
  2. Método de Darcy-Weisbach.
  3. Método de Hazen-Williams.

Quais são os quatro fatores que afetam a perda por atrito em tubulações?

Os quatro principais fatores que afetam a perda por atrito em um tubo são:

  • O diâmetro do tubo;
  • O comprimento do tubo;
  • O fator de rugosidade do tubo; e
  • A vazão volumétrica.

Além desses fatores, a viscosidade do fluido e a diferença de elevação entre a entrada e a saída também precisam ser consideradas.

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