5.10.16

PERDAS DE CARGA (hf), Nº DE REYNOLDS (Re),VELOCIDADE DE ESCOAMENTO (V), DIÂMETROS DOS TUBOS, E ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL (AMT) - CONTÍNUAS - LOCALIZADAS - FATORES QUE INFLUENCIAM A PERDA DE CARGA - NATUREZA DO FLUIDO ESCOADO (PESO ESPECÍFICO, VISCOSIDADE) - MATERIAL EMPREGADO NA FABRICAÇÃO DOS TUBOS E CONEXÕES (PVC, FERRO) E TEMPO DE USO - DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO - FÓRMULA DE BRESSE - REGIME DE ESCOAMENTO (LAMINAR OU TURBULENTO) - REYNOLDS - VELOCIDADE DE ESCOAMENTO - VELOCIDADE DE SUCÇÃO / RECALQUE - DIÂMETRO DOS TUBOS - ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL (AMT) - MANUAL DE HIDRÁULICA BÁSICA - MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS MECÂNICOS


PERDAS DE CARGA (hf), Nº DE REYNOLDS (Re),VELOCIDADE DE ESCOAMENTO (V), DIÂMETROS DOS TUBOS, E ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL (AMT)


1. PERDAS DE CARGA (hf): Denomina-se perda de carga de um sistema, o atrito causado pela resistência da parede interna do tubo quando da passagem do fluido pela mesma.

As perdas de carga classificam-se em:

CONTÍNUAS: Causadas pelo movimento da água ao longo da tubulação. É uniforme em qualquer trecho da tubulação (desde que de mesmo diâmetro), independente da posição do mesmo. (Tabelas 6 e 8);

LOCALIZADAS: Causadas pelo movimento da água nas paredes internas e emendas das conexões e acessórios da instalação, sendo maiores quando localizadas nos pontos de mudança de direção do fluxo. Estas perdas não são uniformes, mesmo que as conexões e acessórios possuam o mesmo diâmetro. (Tabelas 7 e 9);


1.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NAS PERDAS DE CARGA:

A. Natureza do fluido escoado (peso específico, viscosidade): Como a maioria das bombas são fabricadas basicamente para o bombeamento de água, cujo peso específico é de 1000 kgf/m3, não há necessidade de agregar-se fatores ao cálculo de perdas de carga, em se tratando desta aplicação;

B. Material empregado na fabricação dos tubos e conexões (PVC, ferro) e tempo de uso: Comercialmente, os tubos e conexões mais utilizados são os de PVC e Ferro Galvanizado, cujas diferenças de fabricação e acabamento interno (rugosidade e área livre) são bem caracterizadas, razão pela qual apresentam coeficientes de perdas diferentes, conforme as Tabelas 6, 7, 8 e 9;

C. Diâmetro da tubulação: O diâmetro interno ou área livre de escoamento, é fundamental na escolha da canalização já que, quanto maior a vazão a ser bombeada, maior deverá ser o diâmetro interno da tubulação, afim de diminuir-se as velocidades e, consequentemente, as perdas de carga. São muitas as fórmulas utilizadas para definir-se qual o diâmetro mais indicado para a vazão desejada. Para facilitar os cálculos, todas as perdas já foram tabeladas pelos fabricantes de diferentes tipos de tubos e conexões. No entanto, para efeito de cálculos, a fórmula mais utilizada para chegar-se aos diâmetros de tubos é a Fórmula de Bresse, expressa por:



Onde:
D = Diâmetro do tubo, em metros;
K = 0,9 - Coeficiente de custo de investimento x custo operacional.
      Usualmente aplica-se um valor entre 0,8 e 1,0;
Q = Vazão, em m³/s;


A Fórmula de Bresse calcula o diâmetro da tubulação de recalque, sendo que, na prática, para a tubulação de sucção adota-se um diâmetro comercial imediatamente superior;

D. Comprimento dos tubos e quantidade de conexões e acessórios: Quanto maior o comprimento e o nº de conexões, maior será a perda de carga proporcional do sistema. Portanto, o uso em excesso de conexões e acessórios causará maiores perdas, principalmente em tubulações não muito extensas;

E. Regime de escoamento (laminar ou turbulento): O regime de escoamento do fluido é a forma como ele desloca-se no interior da tubulação do sistema, a qual determinará a sua velocidade, em função do atrito gerado. No regime de escoamento laminar, os filetes líquidos (moléculas do fluido agrupadas umas às outras) são paralelos entre si, sendo que suas velocidades são invariáveis em direção e grandeza, em todos os pontos (figura 7). O regime laminar é caracterizado quando o nº de Reynolds (Re), for inferior a 2000.

No regime de escoamento turbulento, os filetes movem-se em todas as direções, de forma sinuosa, com velocidades variáveis em direção e grandeza, em pontos e instantes diferentes (figura 8). O regime turbulento é caracterizado quando o nº de Reynolds (Re), for superior a 4000.

Obviamente, o regime de escoamento mais apropriado para um sistema de bombeamento é o laminar pois, acarretará menores perdas de carga por atrito em função do baixo número de interferências existentes na linha.







2. Nº DE REYNOLDS (Re): É expresso por:



Onde:
Re = Nº de Reynolds;
V   = Velocidade média de escoamento, em m/s;
D   = Diâmetro da Tubulação, em metros;
u   = Viscosidade cinemática do Liquido, em m2 /s;

Para a água doce, ao nível do mar e a temperatura de 25°C, a viscosidade cinemática (u) é igual a 0,000001007 m²/s;

O escoamento será:
Laminar:     Re < 2000
Turbulento: Re > 4000

Entre 2000 e 4000, o regime de escoamento é considerado crítico.

Na prática, o regime de escoamento da água em tubulações é sempre turbulento.


3. VELOCIDADE DE ESCOAMENTO (V): Derivada da equação da continuidade, a velocidade média de escoamento aplicada em condutos circulares é dado por:

 
Onde:
V = Velocidade de escoamento, em m/s;
Q = Vazão, em m³/s;
p = 3,1416 (constante);
D = Diâmetro interno do tubo, em metros.


Para uso prático, as velocidades de escoamento mais econômicas são:




4. DIÂMETRO DOS TUBOS:

A. Tubulação de Recalque: Pelas Tabelas 6 e 8, podemos escolher o diâmetro mais adequado para os tubos de recalque, observando a linha grifada, em função da melhor relação custo benefício possível. (custo de investimento x custo operacional);

Custo de Investimento: Custo total dos tubos, bomba, conexões, acessórios, etc. Quanto menor o diâmetro dos tubos, menor o investimento inicial, e vice- versa;

Custo Operacional: Custo de manutenção do sistema. Quanto maior o diâmetro dos tubos, menor será a altura manométrica total, a potência do motor, o tamanho da bomba e o gasto de energia. Consequentemente, menor será o custo operacional, e vice-versa;


B. Tubulação de Sucção: Na prática, define-se esta tubulação usando-se o diâmetro comercial imediatamente superior ao definido anteriormente para recalque, analisando-se, sempre, o NPSHd do sistema.


5. ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL (AMT): A determinação desta variável é de fundamental importância para a seleção da bomba hidráulica adequada ao sistema em questão. Pode ser definida como a quantidade de trabalho necessário para movimentar um fluido, desde uma determinada posição inicial, até a posição final, incluindo nesta “carga” o trabalho necessário para vencer o atrito existente nas tubulações por onde desloca-se o fluido. Matematicamente, é a soma da altura geométrica (diferença de cotas) entre os níveis de sucção e descarga do fluido, com as perdas de carga distribuídas e localizadas ao longo de todo o sistema (altura estática + altura dinâmica).

Portanto:
AMT = Hgeo + hf

A expressão utilizada para cálculo é:
AMT = AS + AR + hfr + hfs

NOTA: Para aplicações em sistemas onde existam na linha hidráulica, equipamentos e acessórios (irrigação, refrigeração, máquinas, etc.) que requeiram pressão adicional para funcionamento, deve-se acrescentar ao cálculo da AMT a pressão requerida para o funcionamento destes equipamentos.



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