Explique sobre
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.

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:
\frac{p_1}{\gamma} + z_1 + \frac{v_1^2}{2g} = \frac{p_2}{\gamma} + z_2 + \frac{v_2^2}{2g} + h_f + \sum h_L
onde p/\gamma é a carga de pressão, z é a cota, \frac{v^2}{2g} é a carga de velocidade, h_f é a perda distribuída por atrito e \sum h_L são as perdas localizadas. \n
Expliquei cada símbolo: p pressão, \gamma peso específico do fluido, z altura, v velocidade média, g aceleração da gravidade, h_f perda por atrito linear, h_L perda localizada.

Passo 3

Modelo prático para perdas localizadas \n
Na prática quase sempre expressamos cada perda localizada por uma fórmula do tipo
h_L = K\,\frac{v^2}{2g},
onde h_L é a perda de carga no ponto, K é o coeficiente de perda (adimensional) que resume a geometria e a intensidade da dissipação, v é a velocidade média na seção de referência (normalmente a seção menor ou a seção onde a perda é avaliada) e g é a gravidade. \n
Explicação do porquê: a perda local é equivalente a uma dissipação turbulenta que escala com a energia cinética do escoamento \propto v^2. O coeficiente K vem de teoria simplificada + ensaios experimentais (tabelas).

Passo 4

Como se obtém K e dependência com Reynolds e geometria \n
  • K 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 K. Em projeto usa-se essas tabelas. \n
  • Alternativa prática: transformar a perda localizada em um “comprimento equivalente” L_{eq} e somar ao comprimento real: usa-se a relação
h_L = f\,\frac{L_{eq}}{D}\,\frac{v^2}{2g}
onde f é o fator de atrito de Darcy, D diâmetro e L_{eq} 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 \zeta (equivalente a K) próximo de 0{,}5, isto é
h_{entrada} \approx 0{,}5\,\frac{v^2}{2g}.
Se a entrada é bem arredondada K fica muito menor. \n
Observação prática: projetar entradas arredondadas reduz muito K.

Passo 6

Situação 2 — Expansão súbita da seção (sudden expansion) \n
Descrição: o escoamento passa de uma seção menor A_1 (velocidade v_1) para uma seção maior A_2 (velocidade v_2). \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:
h_L = \frac{(v_1 - v_2)^2}{2g}.
Usando v_2 = v_1\frac{A_1}{A_2} podemos escrever
h_L = \left(1-\frac{A_1}{A_2}\right)^2\frac{v_1^2}{2g}.
Explicação das variáveis: A_1 e A_2 são áreas, v_1 velocidade na área menor. \n
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
h_L = K_c\,\frac{v_2^2}{2g}
onde v_2 é a velocidade na seção menor e K_c depende da razão de áreas e do Reynolds. Valores típicos de K_c 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:
h_L = K_{curva}\,\frac{v^2}{2g},
onde K_{curva} é função do ângulo (por exemplo 90^\circ,45^\circ), do raio relativo R/D (raio do centro da curva sobre diâmetro) e do acabamento. \n
Regra prática: cotovelo de raio longo tem K bem menor que cotovelo de raio curto.

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 K (ou coeficiente de descarga C_d para orifício). Para válvulas parcialmente abertas, K 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.

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 K para tês em escoamento perpassante, tês de derivação, tês de entrada perpendicular, etc. \n
Observação: direção do fluxo (ramificação versus junção) altera K.

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 h_L = K\,\frac{v^2}{2g} ou coeficiente de descarga; filtros sujam e K aumenta com o tempo.

Passo 12

Como somar perdas em um sistema prático \n
  • Some todas as perdas localizadas (cada uma com seu K) e some a perda distribuída. \n
  • Fórmula total simplificada para um circuito:
\sum h_L + h_f = H_{disponível} - H_{necessária}íá
ou, em termos de velocidade de referência v,
\sum K_i\,\frac{v^2}{2g} + f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g} = \text{reserva/queda total}
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 K 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 K\sim 0{,}5 para entrada afiada, K\sim valores menores ( 0{,}05 0{,}2) para cotovelos suaves, e use a expressão da expansão súbita quando houver mudança de área conhecida. \n
  • Sempre declare qual velocidade v você está usando como referência (seção onde K 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 h_L = K\,\dfrac{v^2}{2g}. \n
  • Para expansões súbitas há uma fórmula direta \;h_L=\dfrac{(v_1-v_2)^2}{2g}\; 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 K. \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

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