Questão 1. A perda de carga distribuída em um escoamento interno em um duto é causada principalmente por qual fator?
d) Pelo atrito entre o fluido e a superfície interna da tubulação.

Passo 1

O enunciado pergunta: “A perda de carga distribuída em um escoamento interno em um duto é causada principalmente por qual fator?”
O enunciado fornece a alternativa (d): “Pelo atrito entre o fluido e a superfície interna da tubulação.”
O que é pedido: identificar a causa principal da perda de carga distribuída e justificar de forma clara.

Passo 2

O que é “perda de carga distribuída”? Vou explicar devagar: a perda de carga distribuída é a energia por unidade de peso do fluido que se perde ao longo do comprimento do duto, ou seja, é uma queda de pressão que acontece de maneira contínua ao longo da tubulação inteira (não somente em pontos isolados). É diferente das perdas singulares (ou locais), que ocorrem em válvulas, curvas, entradas e saídas.

Passo 3

A forma mais usada para quantificar essa perda de carga é a equação de Darcy–Weisbach. Ela diz que a perda de carga por atrito ao longo de um trecho retilíneo é:
h_f = f\,\frac{L}{D}\,\frac{V^2}{2g},
onde:
  • h_f é a perda de carga (em metros de coluna de fluido), ou seja, energia por unidade de peso perdida;
  • f é o fator de atrito de Darcy (adimensional), que resume o efeito da viscosidade, da rugosidade relativa da parede e do regime de escoamento;
  • L é o comprimento do duto (em metros);
  • D é o diâmetro interno do duto (em metros);
  • V é a velocidade média do fluido no duto (em metros por segundo);
  • g é a aceleração da gravidade (em metros por segundo ao quadrado).
Vou explicar cada parte: a razão \dfrac{L}{D} mostra que a perda cresce com o comprimento e diminui com o diâmetro; o termo \dfrac{V^2}{2g} é a “energia cinética específica” do escoamento (quanto mais rápido, maior a perda); o fator f incorpora a influência do regime (laminar ou turbulento) e da rugosidade da parede.

Passo 4

Física por trás: a perda distribuída surge porque o fluido próximo à parede sofre interação viscosa com a superfície da tubulação — o fluido “agarrado” pela parede cria uma camada de cisalhamento (shear) e há dissipação de energia por efeitos viscosos ao longo de toda a extensão da tubulação. Em palavras simples: atrito entre camadas do fluido e entre o fluido e a superfície transforma energia mecânica em calor, causando queda de pressão ao longo do comprimento. Por isso chamamos de “distribuída” — acontece continuamente ao longo de L.

Passo 5

Como f depende do regime de escoamento: para escoamento laminar (quando o número de Reynolds \mathrm{Re} é pequeno) vale uma fórmula simples:
f = \frac{64}{\mathrm{Re}},
com \mathrm{Re}=\dfrac{\rho V D}{\mu} (onde \rho é a densidade e \mu a viscosidade dinâmica). Para escoamento turbulento f depende também da rugosidade relativa \dfrac{\varepsilon}{D} e normalmente se resolve pela equação de Colebrook (implícita) ou por fórmulas explícitas aproximadas (ex.: Swamee–Jain). O ponto prático: f não é constante; porém sempre representa o efeito do atrito parede/fluido.

Passo 6

Exemplo numérico rápido (para você ver que o termo é relevante): suponha
f=0,02,\quad L=100\\ \text{m},\quad D=0,1\\ \text{m},\quad V=2\\ \text{m/s},\quad g=9,81\\ \text{m/s}^2.
Calculemos passo a passo:
\frac{L}{D}=\frac{100}{0,1}=1000,
\frac{V^2}{2g}=\frac{2^2}{2\cdot 9,81}=\frac{4}{19,62}\approx 0,2039,
h_f = 0,02\cdot 1000\cdot 0,2039 \approx 4,08\\ \text{m}.
Ou seja, uma perda de carga de cerca de \,4{,}08\\ \text{m} ao longo dos 100\\ \text{m} só por atrito com a parede — é um valor significativo.

Passo 7

Comparando com perdas locais: perdas singulares costumam ser escritas como
h_{\text{local}} = K\,\frac{V^2}{2g},
onde K é um coeficiente da conexão/curva/válvula. Mesmo que existam algumas perdas locais, a perda distribuída cresce com \dfrac{L}{D} e, para tubos longos, tende a dominar o balanço energético. No exemplo acima, se o somatório dos K das conexões desse trecho fosse K_{\text{total}}=2, teríamos
h_{\text{local}} = 2\cdot 0,2039 \approx 0,41\\ \text{m},
bem menor que os \,4{,}08\\ \text{m} por atrito distribuído.

Passo 8

Conclusão didática e direta: a perda de carga distribuída é causada principalmente pelo atrito entre o fluido e a superfície interna da tubulação (efeito viscoso ao longo do comprimento), que é exatamente o que a alternativa (d) diz. Outras causas (curvas, válvulas, entradas/saídas) geram perdas locais, não a perda distribuída ao longo do duto.

Resposta

Pelo atrito entre o fluido e a superfície interna da tubulação.

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