Explique sobre
Cite e explique as situações em que ocorre perdas de carga localizadas em escoamento interno.
Cite e explique as situações em que ocorre perdas de carga localizadas em escoamento interno.
Passo 1
Você me pediu para citar e explicar as situações em que ocorrem perdas de carga localizadas em escoamento interno. \n
Informações relevantes fornecidas: o pedido é geral (não veio figura nem dados numéricos). \n
O objetivo deste passo é deixar claro o que preciso entregar: uma lista das situações que geram perdas de carga localizadas, com explicação didática e fórmulas básicas usadas para quantificá-las.
Informações relevantes fornecidas: o pedido é geral (não veio figura nem dados numéricos). \n
O objetivo deste passo é deixar claro o que preciso entregar: uma lista das situações que geram perdas de carga localizadas, com explicação didática e fórmulas básicas usadas para quantificá-las.
Passo 2
Conceito básico e por que tratamos perdas localizadas separadamente \n
Quando um fluido escoa por uma tubulação existe perda de energia por atrito contínuo ao longo do comprimento (perda distribuída) e perdas concentradas em pontos onde a geometria ou condições mudam bruscamente — essas são as perdas de carga localizadas. \n
Matematicamente, numa forma prática usamos a equação de energia (Bernoulli com perdas) entre duas seções quaisquer:
Quando um fluido escoa por uma tubulação existe perda de energia por atrito contínuo ao longo do comprimento (perda distribuída) e perdas concentradas em pontos onde a geometria ou condições mudam bruscamente — essas são as perdas de carga localizadas. \n
Matematicamente, numa forma prática usamos a equação de energia (Bernoulli com perdas) entre duas seções quaisquer:
onde
é a carga de pressão,
é a cota,
é a carga de velocidade,
é a perda distribuída por atrito e
são as perdas localizadas. \n
Expliquei cada símbolo: pressão,
peso específico do fluido,
altura,
velocidade média,
aceleração da gravidade,
perda por atrito linear,
perda localizada.
Expliquei cada símbolo:
Passo 3
Modelo prático para perdas localizadas \n
Na prática quase sempre expressamos cada perda localizada por uma fórmula do tipo
Na prática quase sempre expressamos cada perda localizada por uma fórmula do tipo
onde
é a perda de carga no ponto,
é o coeficiente de perda (adimensional) que resume a geometria e a intensidade da dissipação,
é a velocidade média na seção de referência (normalmente a seção menor ou a seção onde a perda é avaliada) e
é a gravidade. \n
Explicação do porquê: a perda local é equivalente a uma dissipação turbulenta que escala com a energia cinética do escoamento . O coeficiente
vem de teoria simplificada + ensaios experimentais (tabelas).
Explicação do porquê: a perda local é equivalente a uma dissipação turbulenta que escala com a energia cinética do escoamento
Passo 4
Como se obtém
e dependência com Reynolds e geometria \n
-
depende fortemente da geometria (raio de curvatura da curva, ângulo do cotovelo, forma do entroncamento, tipo de entrada) e também do número de Reynolds quando regimes variam. \n - Para muitas peças padrão (cotovelos, válvulas, entradas, saídas, tês, filtros) existem tabelas e gráficos com valores de
. Em projeto usa-se essas tabelas. \n - Alternativa prática: transformar a perda localizada em um “comprimento equivalente”
e somar ao comprimento real: usa-se a relação
onde
é o fator de atrito de Darcy,
diâmetro e
comprimento equivalente ao qual a perda corresponde.
Passo 5
Situação 1 — Entrada e saída de tubulação (entradas afiada/ramificada) \n
Por que ocorre: na entrada o escoamento externo precisa se ajustar à seção interna; há separação e vórtices gerando dissipação. \n
Modelagem: para entrada de borda viva (sharp-edged) usa-se um coeficiente típico (equivalente a
) próximo de
, isto é
Por que ocorre: na entrada o escoamento externo precisa se ajustar à seção interna; há separação e vórtices gerando dissipação. \n
Modelagem: para entrada de borda viva (sharp-edged) usa-se um coeficiente típico
Se a entrada é bem arredondada
fica muito menor. \n
Observação prática: projetar entradas arredondadas reduz muito .
Observação prática: projetar entradas arredondadas reduz muito
Passo 6
Situação 2 — Expansão súbita da seção (sudden expansion) \n
Descrição: o escoamento passa de uma seção menor (velocidade
) para uma seção maior
(velocidade
). \n
Causa da perda: separação e formação de vórtices no “recirculação” logo após a expansão; parte da energia cinética do jato é dissipada. \n
Fórmula teórica simples (derivável a partir de Bernoulli + conservação de quantidade de movimento) para expansão súbita:
Descrição: o escoamento passa de uma seção menor
Causa da perda: separação e formação de vórtices no “recirculação” logo após a expansão; parte da energia cinética do jato é dissipada. \n
Fórmula teórica simples (derivável a partir de Bernoulli + conservação de quantidade de movimento) para expansão súbita:
Usando
podemos escrever
Explicação das variáveis:
e
são áreas,
velocidade na área menor. \n
Observação: expansion gradual (difusor com ângulo pequeno) reduz a perda.
Observação: expansion gradual (difusor com ângulo pequeno) reduz a perda.
Passo 7
Situação 3 — Contração súbita da seção (sudden contraction) \n
Descrição: o escoamento vai de uma seção maior para uma menor. \n
Causa da perda: formação de “vena contracta” e perda por rearranjo do perfil de velocidade; perdas menores que na expansão equivalente, mas ainda relevantes. \n
Modelagem: não há fórmula única simples; usa-se
Descrição: o escoamento vai de uma seção maior para uma menor. \n
Causa da perda: formação de “vena contracta” e perda por rearranjo do perfil de velocidade; perdas menores que na expansão equivalente, mas ainda relevantes. \n
Modelagem: não há fórmula única simples; usa-se
onde
é a velocidade na seção menor e
depende da razão de áreas e do Reynolds. Valores típicos de
são obtidos em tabelas/curvas.
Passo 8
Situação 4 — Mudança de direção: curvas, cotovelos, serpentinas \n
Por que: curvar o fluxo provoca gradientes de pressão, separação parcial e vórtices; dissipação cresce com ângulo e com raio de curvatura pequeno. \n
Modelagem prática:
Por que: curvar o fluxo provoca gradientes de pressão, separação parcial e vórtices; dissipação cresce com ângulo e com raio de curvatura pequeno. \n
Modelagem prática:
onde
é função do ângulo (por exemplo
), do raio relativo
(raio do centro da curva sobre diâmetro) e do acabamento. \n
Regra prática: cotovelo de raio longo tem bem menor que cotovelo de raio curto.
Regra prática: cotovelo de raio longo tem
Passo 9
Situação 5 — Válvulas, registros e dispositivos de controle (orifícios, válvulas parcialmente abertas) \n
Por que: qualquer obstrução que reduza ou restrinja passagem força acelerações/decelaerações e separações locais, gerando perda. \n
Modelagem: vende-se quase sempre em termos de (ou coeficiente de descarga
para orifício). Para válvulas parcialmente abertas,
cresce bastante — atenção em projeto hidráulico. \n
Exemplo: tampa fechada parcialmente pode gerar perda equivalente a dezenas de diâmetros de comprimento em termos de energia dissipada.
Por que: qualquer obstrução que reduza ou restrinja passagem força acelerações/decelaerações e separações locais, gerando perda. \n
Modelagem: vende-se quase sempre em termos de
Exemplo: tampa fechada parcialmente pode gerar perda equivalente a dezenas de diâmetros de comprimento em termos de energia dissipada.
Passo 10
Situação 6 — Entrosamentos e derivações (tês, cruzamentos, entradas laterais) \n
Por que: junções alteram distribuição de velocidade, causam recirculação e trocas de momento; cada entrada lateral tem perda associada. \n
Modelagem: tabelas fornecem para tês em escoamento perpassante, tês de derivação, tês de entrada perpendicular, etc. \n
Observação: direção do fluxo (ramificação versus junção) altera .
Por que: junções alteram distribuição de velocidade, causam recirculação e trocas de momento; cada entrada lateral tem perda associada. \n
Modelagem: tabelas fornecem
Observação: direção do fluxo (ramificação versus junção) altera
Passo 11
Situação 7 — Telas, filtros, grelhas, válvulas de retenção, restritores e obstruções parciais \n
Por que: elementos atravessados pelo fluido geram perdas por atrito e separação local intensa. \n
Modelagem: também se usa ou coeficiente de descarga; filtros sujam e
aumenta com o tempo.
Por que: elementos atravessados pelo fluido geram perdas por atrito e separação local intensa. \n
Modelagem: também se usa
Passo 12
Como somar perdas em um sistema prático \n
- Some todas as perdas localizadas (cada uma com seu
) e some a perda distribuída. \n - Fórmula total simplificada para um circuito:
ou, em termos de velocidade de referência
,
Isso permite projetar bomba ou checar se uma tubulação atende ao fluxo desejado.
Passo 13
Dicas práticas para estimar e reduzir perdas localizadas (como fazer na prova e no projeto) \n
- Use tabelas de
para elementos padrão. \n - Para entrâncias: arredonde entradas, aumente raios de curvatura em curvas. \n
- Evite expansões/contrações bruscas: prefira difusores e redutores graduais. \n
- Em cálculos rápidos de prova: se pedirem ordem de grandeza, assuma
para entrada afiada, valores menores ( – ) para cotovelos suaves, e use a expressão da expansão súbita quando houver mudança de área conhecida. \n - Sempre declare qual velocidade
você está usando como referência (seção onde foi definido).
Passo 14
Resumo didático final (o que levar para a prova) \n
- Perdas localizadas ocorrem em pontos de alteração geométrica ou dispositivos; modelam-se com
. \n - Para expansões súbitas há uma fórmula direta
que você pode deduzir em prova a partir de Bernoulli + conservação de momento. \n - Quando não houver fórmula derivável rapidamente, use tabelas e justifique escolhas de
. \n - Sempre some perdas localizadas e distribuídas para obter a queda de carga total do circuito.
Resposta
Entrada/saída (bordas vivas e entradas arredondadas)
Expansão súbita de seção (difusores abruptos)
Contração súbita de seção (vena contracta e rearranjo do perfil)
Mudança de direção (curvas, cotovelos, serpentinas)
Válvulas, registros e orifícios (especialmente parcialmente abertos)
Entrosamentos e derivações (tês, cruzamentos, entradas laterais)
Telas, filtros, grelhas, restritores e outras obstruções locais
Expansão súbita de seção (difusores abruptos)
Contração súbita de seção (vena contracta e rearranjo do perfil)
Mudança de direção (curvas, cotovelos, serpentinas)
Válvulas, registros e orifícios (especialmente parcialmente abertos)
Entrosamentos e derivações (tês, cruzamentos, entradas laterais)
Telas, filtros, grelhas, restritores e outras obstruções locais