Última atualização: 30 de Oct. de 2024

Calculadora de Fluxo de Tubulação

Q: A vazão muda com o diâmetro do tubo?

Sim , isso ocorre porque a vazão está diretamente relacionada à área da seção transversal do tubo. Quando a área da seção transversal aumenta (o que acontece quando o diâmetro do tubo aumenta), a vazão também aumenta. Da mesma forma, quando o diâmetro diminui, a vazão diminui.

Q: Como calcular a vazão volumétrica em um tubo?

Você multiplica a velocidade do líquido que flui pelo tubo pela área da seção transversal do tubo.

Criada por Bogna Szyk

Revisada por Dr.(a) Dominik Czernia

Dominik Czernia

PhD, Institute of Nuclear Physics PAN

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Physicist at the Institute of Nuclear Physics in Kraków interested in magnetism and always ready to explain everything to everyone in simple terms. He is currently working on adding more scientific papers to his collection, accompanied by his son and another baby on its way. A perfectionist with an acute eye for detail, he has a unit converter in his brain and uses it to compare prices at the supermarket. Loves peace and quiet, especially during hiking. See full profile

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e Jack Bowater

Traduzida por Dr.(a) João Rafael Lucio dos Santos

João Rafael Lucio dos Santos

PhD, Federal University of Campina Grande

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Joao is a physicist, researcher, and professor in Brazil. He earned his Ph.D. in Physics at the University of Rochester, NY in 2013. He has written several papers in international journals, mainly in field theory and cosmology. Joao is also a researcher and the outreach leader for the BINGO telescope. This state-of-the-art radio telescope will be operating in the Northeast of Brazil in a few years. He believes in the importance of spreading knowledge and high-quality information among society and the public in general. He also believes that people can enjoy the learning process if it is funny and if they can see it as a path to change their life, even in daily activities. In his free time, he enjoys running, playing tennis, cooking, traveling, and having pleasant moments with his relatives and friends. See full profile

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e Doutorando(a), Marinara Andrade do Nascimento Moura

Marinara Andrade do Nascimento Moura

PhD candidate

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Marinara holds a master’s degree in Technology and is working on her PhD in Civil Engineering. She has always been interested in science and engineering, mostly because she is passionate about solving problems. She has published her articles in important scientific journals and international conferences as a researcher. She has experience teaching undergraduate students and believes that teaching is a perfect way to learn because the more we give, the more we have. In her free time, she loves to cook (and eat!), travel with her husband, and chat with her friends. See full profile

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Índice

O que é o fluxo por gravidade?Equação de Hazen-Williams Velocidade do fluxo de água em um tubo: um exemplo Perguntas frequentes

Use a calculadora de fluxo de tubulação da Omni para analisar as propriedades da água que flui em um sistema alimentado por gravidade. Você só precisa saber o diâmetro do tubo, o material de que ele é feito, seu comprimento e a altura da queda. Em seguida, aplicamos a equação de Hazen-Williams, que calcula a velocidade e a descarga resultantes. Você está interessado? Continue lendo para descobrir as fórmulas que usamos e para ver um exemplo de cálculo fácil.

Sugerimos também que você consulte a nossa calculadora de vazão de orifício para ver outra forma de fluxo!

O que é o fluxo por gravidade?

O fluxo de água por gravidade é quando o fluxo de água em um tubo é causado pela força da gravidade. O fluxo ocorrerá desde que haja uma diferença de altitude entre a fonte de água (fonte a montante) e o ponto de descarga. Também não deve haver energia externa (por exemplo, de uma bomba) usada para mover a água para frente.

Nossa calculadora de fluxo de água leva em consideração o caso específico do fluxo por gravidade, em que a água flui em um tubo fechado. Sua velocidade é influenciada não apenas pela inclinação e pelo tamanho do tubo, mas também pelo material do tubo. Sua rugosidade causa atrito entre as laterais do tubo e a água, diminuindo a velocidade do fluido. Além disso, na calculadora de coeficiente de descarga 🇺🇸 da Omni, descrevemos a métrica relacionada às taxas de fluxo teóricas e reais. Se você estiver interessado, não deixe de conferir!

Equação de Hazen-Williams

A equação de Hazen-Williams é uma fórmula derivada empiricamente que descreve a velocidade da água em um fluxo por gravidade. Lembre-se de que a equação de Hazen-Williams é válida somente para água, assim, ao aplicá-la a qualquer outro fluido, você obterá resultados imprecisos. Ela também não leva em conta a temperatura da água e só é precisa para a faixa de 4-25 °C.

Você pode escrever essa fórmula como:

v = \mathrm{k} \cdot C \cdot R^{0,63} \cdot S^{0,54}

onde:

$v$ : velocidade da água que flui no tubo (em m/s para o sistema métrico e ft/s para o sistema imperial);
$C$ : coeficiente de rugosidade;
$R$ : raio hidráulico (em metros ou ft, dependendo do sistema de unidades). Consulte nossa calculadora de raio hidráulico 🇺🇸 para saber mais;
$S$ : inclinação da linha de energia (perda de carga por atrito por comprimento de tubo). Não tem unidade, mas às vezes é expressa em m/m; e
$\mathrm{k}$ : fator de conversão dependente do sistema de unidades ( $\mathrm{k} = 0,\!849$ para o sistema métrico e $\mathrm{k} = 1,\!318$ para o sistema imperial).

Você não precisa saber os valores de $C$ , $R$ ou $S$ para usar nossa calculadora de fluxo de tubulação, porque nós os calculamos para você!

O coeficiente de rugosidade $C$ depende do material do tubo. Você pode escolher o material na lista suspenso da calculadora ou selecionar a última opção para inserir o valor de $C$ manualmente se souber o coeficiente de rugosidade do seu sistema de fluxo. Usamos os seguintes valores:

Material	Coeficiente de rugosidade
Ferro fundido	100
Concreto	110
Cobre	140
Plástico	150
Aço	120

O raio hidráulico, $R$ , é a proporção entre a área e o perímetro do seu tubo. Se o tubo for circular, você o encontrará de acordo com a seguinte equação:

R = \frac{A}{P} = \frac{\pi r^2}{2 \pi r} = \frac{r}{2} = \frac{d}{4}

onde $r$ e $d$ são o raio e o diâmetro do tubo, respectivamente. Ao selecionar a caixa ´Mostrar mais variáveis calculadas´desse fluxo de tubulação, você pode visualizar e modificar todos esses parâmetros (área, perímetro e raio hidráulico).

Para calcular a inclinação $S$ , você deve dividir a queda (diferença de altura entre o ponto inicial e final) pelo comprimento do tubo. Lembre-se de que, se a inclinação do tubo não for constante, mas mudar o tempo todo, a velocidade real do fluxo de água será diferente do resultado obtido.

Após saber a velocidade do fluxo por gravidade, você também pode encontrar a descarga, ou vazão $(Q)$ , multiplicando a área da seção transversal do tubo pela velocidade do fluxo:

Q = A \cdot v

Certifique-se de usar a calculadora de vazão da Omni para converter entre a descarga (vazão volumétrica) e a vazão de massa (ou vazão mássica).

Velocidade do fluxo de água em um tubo: um exemplo

Vamos usar a calculadora de fluxo de tubulação para determinar a velocidade e a descarga de um tubo de plástico, com 15 cm de diâmetro. O tubo tem 3 m de comprimento e a diferença de altura entre os pontos inicial e final do tubo é igual a 1 m.

Divida o diâmetro por 2 para encontrar o raio do tubo.

\small \quad r = \frac{d}{2} = \frac{15}{2} = 7,\!5 \ \mathrm{cm}

Encontre a área da seção transversal do tubo.

\small \quad A = \pi r^2 = \pi \cdot 7,\!5^2 \approx 176,\!72 \ \mathrm{cm^2}

Determine o perímetro do tubo.

\small \quad P = 2\pi r = 2 \pi \cdot 7,\!5 \approx 47,\!12 \ \mathrm{cm}

Divida a área pelo perímetro para encontrar o raio hidráulico do tubo.

\small \quad R = \frac{A}{P} = \frac{176,\!72 }{47,\!12 } \approx 3,\!75 \ \mathrm{cm}

Escolha "Plástico" na lista de materiais e anote seu coeficiente de rugosidade.

\small \quad C = 150

Divida a queda pelo comprimento do tubo para calcular a inclinação.

\small \quad S = \frac{y}{L} = \frac{1}{3} = 0,\!333

Use a equação de Hazen-Williams para encontrar a velocidade do fluxo por gravidade.

\footnotesize \begin{align*} \quad v &= 1,\!318 \cdot C \cdot R^{0,63} \cdot S^{0,54} \\[8pt] &= 0,\!849 \cdot 150 \cdot 0,\!0375 ^{0,63} \cdot 0,\!33^{0,54} \\[8pt] & \approx 8,\!887 \ \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \end{align*}

Multiplique esse valor pela área da seção transversal do tubo para encontrar a descarga:

\begin{align*} \quad Q &= A \cdot v = 176,\!72 \cdot 10^{-4}\cdot 8,\!887 \\[8pt] &= 0,\!157 \mathrm{\frac{m^3}{s}} \end{align*}

É isso aí! Você acabou de encontrar a velocidade e a descarga de um fluxo por gravidade. Você já viu a calculadora do volume de tubos da Omni? Essa é outra de nossas ferramentas que investiga o fluxo de líquidos pelos tubos.

Perguntas frequentes

Como calcular o fluxo por gravidade em um tubo?

Primeiro, use a equação de Hazen-Williams para encontrar a velocidade do fluido: v = k ⋅ C ⋅ R^0,63 ⋅ S^0,54. Nessa equação, k é 0,849 no sistema métrico ou 1,318 se você estiver usando unidades imperiais, C é o coeficiente de rugosidade do material do tubo, R é o raio hidráulico (área da seção transversal dividida pelo perímetro) e S é a inclinação do tubo.

Você pode então, calcular o volume que flui pelo tubo por segundo multiplicando v pela área da seção transversal do tubo.

A vazão muda com o diâmetro do tubo?

Sim, isso ocorre porque a vazão está diretamente relacionada à área da seção transversal do tubo. Quando a área da seção transversal aumenta (o que acontece quando o diâmetro do tubo aumenta), a vazão também aumenta. Da mesma forma, quando o diâmetro diminui, a vazão diminui.

Como calcular a vazão volumétrica em um tubo?

Você multiplica a velocidade do líquido que flui pelo tubo pela área da seção transversal do tubo.

Qual é o coeficiente de rugosidade de um tubo de plástico?

Para um tubo de plástico típico, o coeficiente de rugosidade é 150. Quanto maior o coeficiente de rugosidade, mais rápido será o fluxo por gravidade em um tubo.