O escoamento de um fluido é descrito por parâmetros físicos, sendo a velocidade e a viscosidade dois dos mais importantes entre esses parâmetros. Com relação aos fenômenos envolvidos no movimento de fluidos, julgue o item seguinte. ( 0,50 pontos). As diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo de escoamento provocam uma variação brusca da velocidade (em módulo ou direção), que minimiza a perda de carga.
c) certo
e) errado
c) certo
e) errado
Passo 1
O enunciado pede que eu julgue a afirmativa e escolha entre as alternativas:
- (c) certo
- (e) errado
A afirmativa a julgar é: “As diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo de escoamento provocam uma variação brusca da velocidade (em módulo ou direção), que minimiza a perda de carga.”
Informações dadas (implícitas no enunciado):
- Existem peças/fittings na tubulação que provocam variações bruscas de velocidade ou direção.
- A afirmativa afirma que essas variações bruscas minimizam a perda de carga.
Passo 2
Vamos entender claramente o que é “perda de carga” (head loss). Perda de carga é a perda de energia por unidade de peso do fluido ao longo do escoamento; normalmente aparece quando há conversão irreversível de energia mecânica em calor devido a atrito e turbulência.
A forma prática de incluir perdas numa equação de energia é usar a equação de Bernoulli com termo de perda:
onde:
-
é a pressão absoluta, -
é a densidade do fluido, -
é a aceleração da gravidade, -
é a velocidade média do fluido na seção, -
é a cota geométrica, -
é a perda de carga (energia por unidade de peso perdida entre 1 e 2).
Note que
é um termo positivo quando há dissipação de energia.
Passo 3
Diferenciação entre perdas:
- Perdas por atrito ao longo do comprimento (perdas maiores, “major losses”), geralmente modeladas por fórmulas como a equação de Darcy–Weisbach.
- Perdas locais (ou “minor losses”): associadas a fittings, válvulas, entradas, saídas, mudanças bruscas de seção, curvas, uniões, etc.
As perdas locais costumam ser expressas por:
onde:
-
é o coeficiente adimensional da perda local, que depende do tipo de peça (válvula, cotovelo, expansão súbita, contração, etc.), -
é a velocidade de referência (geralmente a velocidade média na seção considerada), -
é a gravidade.
Importante:
é positivo; valores maiores de
significam maiores perdas.
Passo 4
Efeito de variações bruscas de velocidade (módulo ou direção):
- Variações bruscas de direção (cotovelo fechado, mudanças de ângulo) e de módulo (expansão ou contração súbita de área) geram separação de fluxo, zonas de recirculação e grande turbulência. Essas regiões dissipam energia cinética em calor de forma irreversível, aumentando
. - Exemplos:
- Expansão súbita: o coeficiente de perda por expansão pode ser aproximado por
onde
é a área da seção anterior e
a área da seção posterior (
). Isso mostra que uma transição brusca (grande diferença de áreas) aumenta
e, portanto,
.
- Cotovelos/válvulas têm tabelas com
relativamente altos quando são agudos ou fechados; usar raio de curvatura maior reduz .
Portanto, variabilidade brusca tende a aumentar o coeficiente
e assim aumentar a perda de carga
, não diminuir.
Passo 5
Interpretação direta da afirmativa: ela diz que as peças que provocam variações bruscas “minimizam a perda de carga”. Pelos conceitos e fórmulas acima, isso é contrário ao que a física e a engenharia mostram: essas peças geram perdas locais adicionais (aumentam
). Logo a afirmação está incorreta.
Passo 6
Observações práticas e dica de prova (motivação): se a pergunta da prova tentar confundir, lembre-se: “brusco = turbulência e separação = mais perda”. Para minimizar perdas deve-se usar transições suaves, cotovelos de grande raio, entradas arredondadas, e válvulas e filtros projetados para reduzir perda (ou seja, o oposto da configuração brusca). Memorize a forma
e que
aumenta com abruptidez da peça.
Resposta
e) errado