Last updated: Apr 29, 2024

Calculadora de Fluxo de Tubulação

Q: A vazão muda com o diâmetro do tubo?

Sim , isso ocorre porque a vazão está diretamente relacionada à área da seção transversal do tubo. Quando a área da seção transversal aumenta (o que acontece quando o diâmetro do tubo aumenta), a vazão também aumenta. Da mesma forma, quando o diâmetro diminui, a vazão diminui. Read more

Q: Como calcular a vazão volumétrica em um tubo?

Você multiplica a velocidade do líquido que flui pelo tubo pela área da seção transversal do tubo. Read more

Table of contents

O que é o fluxo por gravidade?Equação de Hazen-Williams Velocidade do fluxo de água em um tubo: um exemplo FAQs

Use a calculadora de fluxo de tubulação da Omni para analisar as propriedades da água que flui em um sistema alimentado por gravidade. Você só precisa saber o diâmetro do tubo, o material de que ele é feito, seu comprimento e a altura da queda. Em seguida, aplicamos a equação de Hazen-Williams, que calcula a velocidade e a descarga resultantes. Você está interessado? Continue lendo para descobrir as fórmulas que usamos e para ver um exemplo de cálculo fácil.

Sugerimos também que você consulte a nossa calculadora de vazão de orifício para ver outra forma de fluxo!

O que é o fluxo por gravidade?

O fluxo de água por gravidade é quando o fluxo de água em um tubo é causado pela força da gravidade. O fluxo ocorrerá desde que haja uma diferença de altitude entre a fonte de água (fonte a montante) e o ponto de descarga. Também não deve haver energia externa (por exemplo, de uma bomba) usada para mover a água para frente.

Nossa calculadora de fluxo de água leva em consideração o caso específico do fluxo por gravidade, em que a água flui em um tubo fechado. Sua velocidade é influenciada não apenas pela inclinação e pelo tamanho do tubo, mas também pelo material do tubo. Sua rugosidade causa atrito entre as laterais do tubo e a água, diminuindo a velocidade do fluido. Além disso, na calculadora de coeficiente de descarga 🇺🇸 da Omni, descrevemos a métrica relacionada às taxas de fluxo teóricas e reais. Se você estiver interessado, não deixe de conferir!

Equação de Hazen-Williams

A equação de Hazen-Williams é uma fórmula derivada empiricamente que descreve a velocidade da água em um fluxo por gravidade. Lembre-se de que a equação de Hazen-Williams é válida somente para água, assim, ao aplicá-la a qualquer outro fluido, você obterá resultados imprecisos. Ela também não leva em conta a temperatura da água e só é precisa para a faixa de 4-25 °C.

Você pode escrever essa fórmula como:

v = \mathrm{k} \cdot C \cdot R^{0,63} \cdot S^{0,54}

onde:

$v$ : velocidade da água que flui no tubo (em m/s para o sistema métrico e ft/s para o sistema imperial);
$C$ : coeficiente de rugosidade;
$R$ : raio hidráulico (em metros ou ft, dependendo do sistema de unidades). Consulte nossa calculadora de raio hidráulico 🇺🇸 para saber mais;
$S$ : inclinação da linha de energia (perda de carga por atrito por comprimento de tubo). Não tem unidade, mas às vezes é expressa em m/m; e
$\mathrm{k}$ : fator de conversão dependente do sistema de unidades ( $\mathrm{k} = 0,\!849$ para o sistema métrico e $\mathrm{k} = 1,\!318$ para o sistema imperial).

Você não precisa saber os valores de $C$ , $R$ ou $S$ para usar nossa calculadora de fluxo de tubulação, porque nós os calculamos para você!

O coeficiente de rugosidade $C$ depende do material do tubo. Você pode escolher o material na lista suspenso da calculadora ou selecionar a última opção para inserir o valor de $C$ manualmente se souber o coeficiente de rugosidade do seu sistema de fluxo. Usamos os seguintes valores:

Material	Coeficiente de rugosidade
Ferro fundido	100
Concreto	110
Cobre	140
Plástico	150
Aço	120

O raio hidráulico, $R$ , é a proporção entre a área e o perímetro do seu tubo. Se o tubo for circular, você o encontrará de acordo com a seguinte equação:

R = \frac{A}{P} = \frac{\pi r^2}{2 \pi r} = \frac{r}{2} = \frac{d}{4}

onde $r$ e $d$ são o raio e o diâmetro do tubo, respectivamente. Ao selecionar a caixa ´Mostrar mais variáveis calculadas´desse fluxo de tubulação, você pode visualizar e modificar todos esses parâmetros (área, perímetro e raio hidráulico).

Para calcular a inclinação $S$ , você deve dividir a queda (diferença de altura entre o ponto inicial e final) pelo comprimento do tubo. Lembre-se de que, se a inclinação do tubo não for constante, mas mudar o tempo todo, a velocidade real do fluxo de água será diferente do resultado obtido.

Após saber a velocidade do fluxo por gravidade, você também pode encontrar a descarga, ou vazão $(Q)$ , multiplicando a área da seção transversal do tubo pela velocidade do fluxo:

Q = A \cdot v

Certifique-se de usar a calculadora de vazão da Omni para converter entre a descarga (vazão volumétrica) e a vazão de massa (ou vazão mássica).

Velocidade do fluxo de água em um tubo: um exemplo

Vamos usar a calculadora de fluxo de tubulação para determinar a velocidade e a descarga de um tubo de plástico, com 15 cm de diâmetro. O tubo tem 3 m de comprimento e a diferença de altura entre os pontos inicial e final do tubo é igual a 1 m.

Divida o diâmetro por 2 para encontrar o raio do tubo.

\small \quad r = \frac{d}{2} = \frac{15}{2} = 7,\!5 \ \mathrm{cm}

Encontre a área da seção transversal do tubo.

\small \quad A = \pi r^2 = \pi \cdot 7,\!5^2 \approx 176,\!72 \ \mathrm{cm^2}

Determine o perímetro do tubo.

\small \quad P = 2\pi r = 2 \pi \cdot 7,\!5 \approx 47,\!12 \ \mathrm{cm}

Divida a área pelo perímetro para encontrar o raio hidráulico do tubo.

\small \quad R = \frac{A}{P} = \frac{176,\!72 }{47,\!12 } \approx 3,\!75 \ \mathrm{cm}

Escolha "Plástico" na lista de materiais e anote seu coeficiente de rugosidade.

\small \quad C = 150

Divida a queda pelo comprimento do tubo para calcular a inclinação.

\small \quad S = \frac{y}{L} = \frac{1}{3} = 0,\!333

Use a equação de Hazen-Williams para encontrar a velocidade do fluxo por gravidade.

\footnotesize \begin{align*} \quad v &= 1,\!318 \cdot C \cdot R^{0,63} \cdot S^{0,54} \\[8pt] &= 0,\!849 \cdot 150 \cdot 0,\!0375 ^{0,63} \cdot 0,\!33^{0,54} \\[8pt] & \approx 8,\!887 \ \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \end{align*}

Multiplique esse valor pela área da seção transversal do tubo para encontrar a descarga:

\begin{align*} \quad Q &= A \cdot v = 176,\!72 \cdot 10^{-4}\cdot 8,\!887 \\[8pt] &= 0,\!157 \mathrm{\frac{m^3}{s}} \end{align*}

É isso aí! Você acabou de encontrar a velocidade e a descarga de um fluxo por gravidade. Você já viu a calculadora do volume de tubos da Omni? Essa é outra de nossas ferramentas que investiga o fluxo de líquidos pelos tubos.

FAQs

Como calcular o fluxo por gravidade em um tubo?

Primeiro, use a equação de Hazen-Williams para encontrar a velocidade do fluido: v = k ⋅ C ⋅ R^0,63 ⋅ S^0,54. Nessa equação, k é 0,849 no sistema métrico ou 1,318 se você estiver usando unidades imperiais, C é o coeficiente de rugosidade do material do tubo, R é o raio hidráulico (área da seção transversal dividida pelo perímetro) e S é a inclinação do tubo.

Você pode então, calcular o volume que flui pelo tubo por segundo multiplicando v pela área da seção transversal do tubo.

A vazão muda com o diâmetro do tubo?

Sim, isso ocorre porque a vazão está diretamente relacionada à área da seção transversal do tubo. Quando a área da seção transversal aumenta (o que acontece quando o diâmetro do tubo aumenta), a vazão também aumenta. Da mesma forma, quando o diâmetro diminui, a vazão diminui.

Como calcular a vazão volumétrica em um tubo?

Você multiplica a velocidade do líquido que flui pelo tubo pela área da seção transversal do tubo.

Qual é o coeficiente de rugosidade de um tubo de plástico?

Para um tubo de plástico típico, o coeficiente de rugosidade é 150. Quanto maior o coeficiente de rugosidade, mais rápido será o fluxo por gravidade em um tubo.