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.
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.
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:
onde:
-
é a perda de carga (em metros de coluna de fluido), ou seja, energia por unidade de peso perdida; -
é o fator de atrito de Darcy (adimensional), que resume o efeito da viscosidade, da rugosidade relativa da parede e do regime de escoamento; -
é o comprimento do duto (em metros); -
é o diâmetro interno do duto (em metros); -
é a velocidade média do fluido no duto (em metros por segundo); -
é a aceleração da gravidade (em metros por segundo ao quadrado).
Vou explicar cada parte: a razão
mostra que a perda cresce com o comprimento e diminui com o diâmetro; o termo
é a “energia cinética específica” do escoamento (quanto mais rápido, maior a perda); o fator
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
.
Passo 5
Como
depende do regime de escoamento: para escoamento laminar (quando o número de Reynolds
é pequeno) vale uma fórmula simples:
com
(onde
é a densidade e
a viscosidade dinâmica). Para escoamento turbulento
depende também da rugosidade relativa
e normalmente se resolve pela equação de Colebrook (implícita) ou por fórmulas explícitas aproximadas (ex.: Swamee–Jain). O ponto prático:
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
Calculemos passo a passo:
Ou seja, uma perda de carga de cerca de
ao longo dos
só por atrito com a parede — é um valor significativo.
Passo 7
Comparando com perdas locais: perdas singulares costumam ser escritas como
onde
é um coeficiente da conexão/curva/válvula. Mesmo que existam algumas perdas locais, a perda distribuída cresce com
e, para tubos longos, tende a dominar o balanço energético. No exemplo acima, se o somatório dos
das conexões desse trecho fosse
, teríamos
bem menor que os
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.