Calculadora de Perda de Carga por Atrito

A calculadora de perda de carga por atrito da Omni ajuda você a calcular a quantidade de perda de pressão devido ao atrito para uma determinada dimensão de tubo e vazão volumétrica. O fluxo de fluido dentro de um tubo ou conduíte é afetado pelo atrito, assim como ao empurrar uma caixa pesada em uma superfície áspera. A força de atrito que surge devido à interação dos fluidos com as paredes do tubo causa uma perda de energia. Esta ferramenta utiliza a fórmula de Hazen-Williams para calcular a perda por atrito.

Além disso, você pode estimar a perda de pressão devido ao atrito usando nossa ferramenta, o que significa que esta calculadora de perda de carga por atrito pode encontrar a queda de pressão em um sistema de tubulação de água. Exemplos comuns de sistemas de tubulação de água são o fornecimento de água para a cozinha, o sistema de aspersão no telhado, a água em uma mangueira de incêndio e o sistema de tubulação usado para encher piscinas.

O fluxo de água nos sistemas mencionados tem eficiência e pressão variadas, dependendo de fatores como o atrito devido ao material do tubo. Cada material contribui de forma diferente para a perda de carga, por exemplo, a perda por atrito em uma mangueira de incêndio não é igual à perda por atrito em conexões de tubulação. Nas seções seguintes, descobriremos a variação da pressão de perda de carga por atrito devido a uma mudança de material.

Quando um fluido passa por um conduíte ou tubo, a rugosidade das paredes internas do tubo e a viscosidade do fluido afetam o fluxo do fluido, causando uma perda de energia ou pressão, também conhecida como perda de carga. Essa perda de pressão afeta a eficiência das máquinas de bombeamento, bem como a vazão na saída. Os engenheiros estimam essa perda com base nos tubos usados no sistema para que você obtenha a vazão desejada do fluxo de água.

Há várias maneiras de calcular a perda de carga por atrito em conexões de tubulação, como a fórmula de Darcy-Weisbach, a lei de Hagen-Poiseuille e a fórmula de perda por atrito de Hazen-Williams. Cada formulação tem suas vantagens e desvantagens, as quais podem ser vistas em detalhes em três calculadoras dedicadas da Omni: a calculadora da equação de Darcy-Weisbach 🇺🇸, a calculadora da lei de Poiseuille 🇺🇸 e a calculadora de fluxo de tubulação. A Lei de Hagen-Poiseuille, por exemplo, utiliza a viscosidade dinâmica e possui limitações de aplicação em condições de baixa viscosidade do fluido e em tubos largos devido ao fluxo de água turbulento, decorrente do aumento do número de Reynold. Saiba mais sobre os efeitos desse número único e importante em nossa calculadora do número de Reynolds.

Isso levou os pesquisadores a se moverem em direção a modelos mais complexos, como a fórmula de Darcy-Weisbach. No entanto, apesar de ser universalmente aplicável e altamente preciso, o fator de atrito na fórmula de Darcy-Weisbach é difícil de estimar e precisa ser complementado pelo diagrama de Moody. O diagrama de Moody também se baseia no número de Reynolds para estimar o fator de atrito. Por fim, a equação de Hazen-Williams foi apresentada como uma versão mais simples para estimar as perdas por atrito do tubo. A equação, no entanto, é limitada à água como meio fluido.

A perda de carga por atrito, $H_\mathrm{L}$, pode ser estimada pela fórmula empírica de Hazen-Williams, a qual utiliza o comprimento, $L$, e o diâmetro, $D$ do tubo, além da vazão volumétrica, $Q$, e do coeficiente de rugosidade, $C$, e cuja forma é:

Como alternativa, a equação em unidades imperiais é:

Além disso, a queda de pressão, $P_\mathrm{d}$, pode ser estimada a partir da perda de carga, $H_\mathrm{L}$, usando o peso específico da água, $W$ como:

Siga os passos abaixo para estimar a perda de carga por atrito:

1. Digite as dimensões do tubo, ou seja, o diâmetro, $D$, e o comprimento, $L$.

2. Insira a vazão volumétrica, $Q$.

3. Você pode escolher o material do tubo, que fornecerá seu respectivo coeficiente de rugosidade, $C$.

Como alternativa, você pode selecionar personalizado como o material e inserir manualmente o coeficiente de rugosidade.

4. Na calculadora de atrito do tubo, você irá obter a perda de carga por atrito para o sistema de tubulação.

Você também pode alterar os materiais utilizando os mesmos valores para as dimensões e vazão volumétrica, notando, assim, a diferença entre a perda de pressão e o desempenho de diferentes materiais de tubulação. Veja abaixo um exemplo.

Estime a perda de pressão devido ao atrito em um tubo de cobre com diâmetro $250\ \mathrm{mm}$ e comprimento $10\ \mathrm{m}$, se a vazão volumétrica for $0{,}5\ \mathrm{m^3/s}$. Considere que o peso específico da água, $W$, é $9.810\ \mathrm{N/m^3}$.

Isso resulta em $D = 250\ \mathrm{mm} = 0{,}25\ \mathrm{m}$, $L = 10\ \mathrm{m}$ e $Q = 0{,}5\ \mathrm{m^3/s}$.

Além disso, para um tubo de cobre, $C = 135$.

A perda de pressão, $P_\mathrm{d}$, pode ser estimada da seguinte forma:

Isso implica que a perda de pressão no fluxo devido ao atrito do tubo é $0{,}28\ \mathrm{bar}$. Agora, vamos comparar isso com um material de tubulação diferente, por exemplo, um tubo de fibra de vidro (PRFV).

Para a fibra de vidro, $C = 150$. Portanto,

para um fluxo de água.

A queda de pressão, $P_\mathrm{d}$, pode ser estimada como:

Observamos que a perda de pressão devido ao atrito é maior em tubos de cobre em comparação com tubos de fibra de vidro.