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RESISTÊNCIA DAS PAREDES INTERNAS DO
         CONDUTO AO ESCOAMENTO


- Determinação do valor de f
- Rey ≤ 2000 → Regime Laminar
- Rey ≥ 4000 → Regime Turbulento
- Película laminar

- Espessura da Película Laminar (β):

         32,5 D
    β=                        (Prandtl)
         Rey f

- Relação de β com a rugosidade absoluta (ε )

⇒ Escoamento turbulento de parede lisa

    - β ≥ 4ε
    - f = f1(Rey)
                    Movimento turbulento

                     Película laminar           β
                                           ε
                      Parede do tubo
⇒ Escoamento turbulento de parede intermediária
   - ε /6 < β < 4ε
    - f = f2(Rey,    ε /D)

                     Movimento turbulento

                                            ε   β
                       Parede do tubo




⇒ Escoamento turbulento de parede rugosa
   - β ≤ ε /6
    - f = f3(ε /D)


                     Movimento turbulento

                                            ε       β
                       Parede do tubo




- β decresce com o aumento de Rey




DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE ATRITO
      (f) DA FÓRMULA UNIVERSAL
- Representação gráfica de f (NIKURADZE)




REGIÃO I :

- Região de escoamento laminar (Rey ≤ 2000)
- f independe da rugosidade relativa (ε /D)

             64
       f =         (Poiseuille)
             Rey

REGIÃO II, III e IV :

- Região de escoamento turbulento (Rey ≥ 4000)

      1          ε / D   2,51 
         = −2 log      +       (Colebrook e White)
       f          3,71 Rey f 


REGIÃO II:

- Região de escoamento turbulento de parede lisa   (β ≥
4ε)
- f = f(Rey) e independente de (ε /D)

   1
    f
            (        )
      = 2 log Rey f − 0,8     (Expressão de Prandtl)


- Válida para 104 ≤ Rey ≤ 3,4 x 106
REGIÃO III:

- Região de escoamento turbulento de parede interme-
diária (ε /6 < β < 4ε)
- f = f(Rey, ε /D)

   1          ε / D   2,51 
      = −2 log      +       (Colebrook e White)
    f          3,71 Rey f 

                     ε
- Válida para 14 <     Rey    f < 200
                     D
REGIÃO IV:

- Região de esc. turbulento de parede rugosa (β ≤ ε/6)
- f = f(ε /D) e independente de Rey

      1          ε
         = −2 log + 114
                     ,                  (Nikuradze)
       f         D

- Simplificação da solução das equações:

    ⇒ Diagrama de Moody (hf)
    ⇒ Diagrama de Moody-Rouse (hf, Q )
    ⇒ Fluxograma de Podalyro(hf, Q, D )
EXERCÍCIOS
1) Uma tubulação de ferro fundido enferrujado
(ε =1,5mm), com diâmetro de 150 mm e 60 metros de
extensão escoa uma vazão de 50L/s de água. Determinar
a perda de carga pela fórmula universal. (ν água=1,01x10-6
m2/s).

2) Um conduto de ferro fundido novo, revestido
internamente (ε =0,15mm), com diâmetro de 100mm e
75 metros de extensão, já incluídos os comprimentos
equivalentes das singularidades, é submetido a uma
vazão que produz uma perda de carga de 35 metros.
Determinar a vazão escoada (ν água=1,01x10-6 m2/s).




            FÓRMULAS PRÁTICAS
1. Fórmula de Hazen-Willians

⇒ Escoamento com água à temperatura ambiente
⇒ Tubulações com diâmetro maior ou igual a 50 mm
⇒ Escoamento turbulento

           V = 0,355 C D 0,63J 0,54

           Q = 0,2788 C D 2,63J 0,54
                                      1,852
                        L Q
           h f = 10,646 4,87  
                              
                       D  C

C = coeficiente que depende da natureza (material e
    estado de conservação) das paredes do tubo.

2. Fórmula de Flamant

⇒   Usada para instalações prediais
⇒   Aplicável a tubulações com D entre 12,5 e 100 mm
⇒   Escoamento com água à temperatura ambiente
⇒   Mais utilizada para tubos de ferro e aço-galvanizado

     DJ            V7                             L 1,75
        =b     4                   h f = 6,11b     4,75
                                                        Q
     4             D                             D



     Valores do Coeficiente de Hazen-Willians (C)

                    Material                                C
Alumínio                                                130
Aço corrugado                                            60
Aço com juntas “Lock-bar” novas                         130
Aço com juntas “Lock-bar” usadas                      90 a 100
Aço galvanizado                                         125
Aço rebitado, novo                                      110
Aço rebitado, usado                                          85 a 90
Aço soldado, novo                                              130
Aço soldado, usado                                          90 a 100
Aço soldado com revestimento especial                          130
Aço zincado                                                    120
Cimento-amianto                                             130 a 140
Concreto, bom acabamento                                       130
Concreto, acabamento comum                                     120
Ferro fundido, novo                                            130
Ferro fundido, usado                                        90 a 100
Plásticos                                                   140 a 145
PVC rígido                                                  145 a 150




          Valores de “b” da Fórmula de Flamant

                 Tipos de condutos                               b
Ferro fundido ou aço em serviço (usado, acima de 10 anos)      0,00023
Ferro fundido, aço ou canalização de concreto (novo)          0,000185
Condutos de chumbo                                            0,000140
Condutos de cimento-amianto                                    0,00062
Plástico                                                      0,000135




3. Fórmula de Fair-Whipple-Hisiao

⇒ Recomendada para inst. prediais (12,5 ≤ D ≤ 100
mm)
⇒ Aplicável a escoamento de água
⇒ Recomendada pela ABNT

3.1. Para tubos de aço ou ferro galvanizado conduzindo
     água fria (20 ºC)
Q = 27,113 D 2,60J 0,53

3.2. Para tubos de cobre ou latão:

a) Conduzindo água quente:
             Q = 63,281 D 2,71J 0,57

b) Conduzindo água fria:

             Q = 55,934 D2,71J 0,57

4. Fórmula para Tubos de PVC

a)   Para 3 x 103 < Rey < 1,5 x 105:
        J = 5,37x10-4 D -1,24 V1,76 (água à temp. ambiente)

b) Para 1,5 x 105 < Rey < 1 x 106:

        J = 5,79x10-4 D -1,20 V1,80 (água à temp. ambiente)

5. Fórmula de Darcy-Weisbach
                    L V2
             hf = f
                    D 2g

⇒ f é tabelado para tubos de concreto, ferro fundido e
aço de diâmetros superiores a 13mm (1/2”), conduzindo
água fria.

     Conclusões à Respeito da Perda de Carga Contínua
⇒ É diretamente proporcional ao comprimento da
canalização
⇒ É inversamente proporcional a uma potência do
diâmetro
⇒ É proporcional a uma potência da velocidade ou da
vazão
⇒ É variável com a natureza das paredes da tubulação,
no caso de regime turbulento. No caso de regime
laminar depende apenas do número de Reynolds
⇒ Independe da posição do tubo
⇒ Independe da pressão interna sob a qual o líquido
escoa

PERDA DE CARGA ACIDENTAL OU LOCALIZADA

⇒   Mudança no módulo e/ou na direção da velocidade
⇒   Peças especiais: curvas, válvulas, registros, bocais…
⇒   Velocidade menor que 1 m/s
⇒   Pequeno número de peças especiais
⇒   L ≥ 4000 D

a) Expressão Geral
                  V2
           ha = K
                  2g

      Valores aproximados de K (perda localizada)

       Peça especial      K            Peça especial           K
Ampliação gradual       0,30*   Junção                       0,40
Bocais                   2,75   Medidor venturi             2,50**
Comporta aberta          1,00   Redução gradual              0,15*
Controlador de vazão     2,50   Registro de ângulo aberto    5,00
Cotovelo de 90º                 0,90    Registro de gaveta aberto   0,20
Cotovelo de 45º                 0,40    Registro de globo aberto    10,00
Crivo                           0,75    Saída de canalização        1,00
Curva de 90º                    0,40    Tê, passagem direta         0,60
Curva de 45º                    0,20    Tê, saída de lado           1,30
Curva de 22 ½º                  0,10    Tê, saída bilateral         1,80
Entrada normal                  0,50    Válvula de pé               1,75
Entrada de borda                1,00    Válvula de retenção         2,50
Pequena derivação               0,03    Velocidade                  1,00
* com base na velocidade maior (seção menor)
** relativa à velocidade na canalização


b) Método dos Comprimentos Virtuais ou Equivalentes

⇒ Adicionar à canalização existente, apenas para efeito
de cálculo da perda de carga, comprimentos de tubos
(de mesmo D) que causariam a mesma perda de carga
da peça especial

                          Lv = L + Lf




c) Método dos Diâmetros Equivalentes
⇒ Peças especiais são transformadas em um nº de
diâmetros da canalização existente

         Lf = n D

    n = número de diâmetros (Tabelado)

         Lv = L + Lf




       PERDA DE CARGA LOCALIZADA

1) Calcular a perda de carga total em um trecho de uma
  canalização de alumínio, que conduz 20 L/s, numa
  extensão de 1200 m. O diâmetro da canalização é de 150
  mm e ao longo do trecho tem-se as seguintes peças
  especiais:

                 2 Curvas de 90º
                 3 Cotovelos de 90º
                 2 Curvas de 45º
                 2 Curvas de 30º
                 2 Válvulas de retenção
                 2 Válvulas de gaveta
                 1 Medidor Venturi
a) Expressão Geral

Tipo de peça          Nº de peças       K         nK
                          (n)
Curva de 90º               2           0,4        0,8
Cotovelo de 90º            3           0,9        2,7
Curva de 45º               2           0,2        0,4
Curva de 30º               2           0,2        0,4
Válvula de retenção        2           2,5        5,0
Válvula de gaveta          2           0,2        0,4
Medidor Venturi            1           2,5        2,5
                                              ∑K = 12,2




b) Método dos Comprimentos Virtuais

Tipo de peça          Nº de peças       Lf        n Lf
                          (n)
Curva de 90º               2            2,5        5,0
Cotovelo de 90º            3            4,3       12,9
Curva de 45º               2            1,1        2,2
Curva de 30º               2            1,1        2,2
Válvula de retenção        2           13,0       26,0
Válvula de gaveta          2            1,1        2,2
Medidor Venturi            1           13,0       13,0
                                              ∑Lf = 63,5


c) Método dos Diâmetros Equivalentes

Tipo de peça          Nº de peças      Nd         n Nd
(n)
Curva de 90º           2     30        60
Cotovelo de 90º        3     45       135
Curva de 45º           2     15        30
Curva de 30º           2     15        30
Válvula de retenção    2    100       200
Válvula de gaveta      2      8        16
Medidor Venturi        1    100       100
                                  ∑Nd = 571

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  • 1. RESISTÊNCIA DAS PAREDES INTERNAS DO CONDUTO AO ESCOAMENTO - Determinação do valor de f - Rey ≤ 2000 → Regime Laminar - Rey ≥ 4000 → Regime Turbulento - Película laminar - Espessura da Película Laminar (β): 32,5 D β= (Prandtl) Rey f - Relação de β com a rugosidade absoluta (ε ) ⇒ Escoamento turbulento de parede lisa - β ≥ 4ε - f = f1(Rey) Movimento turbulento Película laminar β ε Parede do tubo
  • 2. ⇒ Escoamento turbulento de parede intermediária - ε /6 < β < 4ε - f = f2(Rey, ε /D) Movimento turbulento ε β Parede do tubo ⇒ Escoamento turbulento de parede rugosa - β ≤ ε /6 - f = f3(ε /D) Movimento turbulento ε β Parede do tubo - β decresce com o aumento de Rey DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE ATRITO (f) DA FÓRMULA UNIVERSAL
  • 3. - Representação gráfica de f (NIKURADZE) REGIÃO I : - Região de escoamento laminar (Rey ≤ 2000) - f independe da rugosidade relativa (ε /D) 64 f = (Poiseuille) Rey REGIÃO II, III e IV : - Região de escoamento turbulento (Rey ≥ 4000) 1 ε / D 2,51  = −2 log +  (Colebrook e White) f  3,71 Rey f  REGIÃO II: - Região de escoamento turbulento de parede lisa (β ≥ 4ε)
  • 4. - f = f(Rey) e independente de (ε /D) 1 f ( ) = 2 log Rey f − 0,8 (Expressão de Prandtl) - Válida para 104 ≤ Rey ≤ 3,4 x 106 REGIÃO III: - Região de escoamento turbulento de parede interme- diária (ε /6 < β < 4ε) - f = f(Rey, ε /D) 1 ε / D 2,51  = −2 log +  (Colebrook e White) f  3,71 Rey f  ε - Válida para 14 < Rey f < 200 D REGIÃO IV: - Região de esc. turbulento de parede rugosa (β ≤ ε/6) - f = f(ε /D) e independente de Rey 1 ε = −2 log + 114 , (Nikuradze) f D - Simplificação da solução das equações: ⇒ Diagrama de Moody (hf) ⇒ Diagrama de Moody-Rouse (hf, Q ) ⇒ Fluxograma de Podalyro(hf, Q, D )
  • 5. EXERCÍCIOS 1) Uma tubulação de ferro fundido enferrujado (ε =1,5mm), com diâmetro de 150 mm e 60 metros de extensão escoa uma vazão de 50L/s de água. Determinar a perda de carga pela fórmula universal. (ν água=1,01x10-6 m2/s). 2) Um conduto de ferro fundido novo, revestido internamente (ε =0,15mm), com diâmetro de 100mm e 75 metros de extensão, já incluídos os comprimentos equivalentes das singularidades, é submetido a uma vazão que produz uma perda de carga de 35 metros. Determinar a vazão escoada (ν água=1,01x10-6 m2/s). FÓRMULAS PRÁTICAS 1. Fórmula de Hazen-Willians ⇒ Escoamento com água à temperatura ambiente ⇒ Tubulações com diâmetro maior ou igual a 50 mm
  • 6. ⇒ Escoamento turbulento V = 0,355 C D 0,63J 0,54 Q = 0,2788 C D 2,63J 0,54 1,852 L Q h f = 10,646 4,87     D  C C = coeficiente que depende da natureza (material e estado de conservação) das paredes do tubo. 2. Fórmula de Flamant ⇒ Usada para instalações prediais ⇒ Aplicável a tubulações com D entre 12,5 e 100 mm ⇒ Escoamento com água à temperatura ambiente ⇒ Mais utilizada para tubos de ferro e aço-galvanizado DJ V7 L 1,75 =b 4 h f = 6,11b 4,75 Q 4 D D Valores do Coeficiente de Hazen-Willians (C) Material C Alumínio 130 Aço corrugado 60 Aço com juntas “Lock-bar” novas 130 Aço com juntas “Lock-bar” usadas 90 a 100 Aço galvanizado 125 Aço rebitado, novo 110
  • 7. Aço rebitado, usado 85 a 90 Aço soldado, novo 130 Aço soldado, usado 90 a 100 Aço soldado com revestimento especial 130 Aço zincado 120 Cimento-amianto 130 a 140 Concreto, bom acabamento 130 Concreto, acabamento comum 120 Ferro fundido, novo 130 Ferro fundido, usado 90 a 100 Plásticos 140 a 145 PVC rígido 145 a 150 Valores de “b” da Fórmula de Flamant Tipos de condutos b Ferro fundido ou aço em serviço (usado, acima de 10 anos) 0,00023 Ferro fundido, aço ou canalização de concreto (novo) 0,000185 Condutos de chumbo 0,000140 Condutos de cimento-amianto 0,00062 Plástico 0,000135 3. Fórmula de Fair-Whipple-Hisiao ⇒ Recomendada para inst. prediais (12,5 ≤ D ≤ 100 mm) ⇒ Aplicável a escoamento de água ⇒ Recomendada pela ABNT 3.1. Para tubos de aço ou ferro galvanizado conduzindo água fria (20 ºC)
  • 8. Q = 27,113 D 2,60J 0,53 3.2. Para tubos de cobre ou latão: a) Conduzindo água quente: Q = 63,281 D 2,71J 0,57 b) Conduzindo água fria: Q = 55,934 D2,71J 0,57 4. Fórmula para Tubos de PVC a) Para 3 x 103 < Rey < 1,5 x 105: J = 5,37x10-4 D -1,24 V1,76 (água à temp. ambiente) b) Para 1,5 x 105 < Rey < 1 x 106: J = 5,79x10-4 D -1,20 V1,80 (água à temp. ambiente) 5. Fórmula de Darcy-Weisbach L V2 hf = f D 2g ⇒ f é tabelado para tubos de concreto, ferro fundido e aço de diâmetros superiores a 13mm (1/2”), conduzindo água fria. Conclusões à Respeito da Perda de Carga Contínua
  • 9. ⇒ É diretamente proporcional ao comprimento da canalização ⇒ É inversamente proporcional a uma potência do diâmetro ⇒ É proporcional a uma potência da velocidade ou da vazão ⇒ É variável com a natureza das paredes da tubulação, no caso de regime turbulento. No caso de regime laminar depende apenas do número de Reynolds ⇒ Independe da posição do tubo ⇒ Independe da pressão interna sob a qual o líquido escoa PERDA DE CARGA ACIDENTAL OU LOCALIZADA ⇒ Mudança no módulo e/ou na direção da velocidade ⇒ Peças especiais: curvas, válvulas, registros, bocais… ⇒ Velocidade menor que 1 m/s ⇒ Pequeno número de peças especiais ⇒ L ≥ 4000 D a) Expressão Geral V2 ha = K 2g Valores aproximados de K (perda localizada) Peça especial K Peça especial K Ampliação gradual 0,30* Junção 0,40 Bocais 2,75 Medidor venturi 2,50** Comporta aberta 1,00 Redução gradual 0,15* Controlador de vazão 2,50 Registro de ângulo aberto 5,00
  • 10. Cotovelo de 90º 0,90 Registro de gaveta aberto 0,20 Cotovelo de 45º 0,40 Registro de globo aberto 10,00 Crivo 0,75 Saída de canalização 1,00 Curva de 90º 0,40 Tê, passagem direta 0,60 Curva de 45º 0,20 Tê, saída de lado 1,30 Curva de 22 ½º 0,10 Tê, saída bilateral 1,80 Entrada normal 0,50 Válvula de pé 1,75 Entrada de borda 1,00 Válvula de retenção 2,50 Pequena derivação 0,03 Velocidade 1,00 * com base na velocidade maior (seção menor) ** relativa à velocidade na canalização b) Método dos Comprimentos Virtuais ou Equivalentes ⇒ Adicionar à canalização existente, apenas para efeito de cálculo da perda de carga, comprimentos de tubos (de mesmo D) que causariam a mesma perda de carga da peça especial Lv = L + Lf c) Método dos Diâmetros Equivalentes
  • 11. ⇒ Peças especiais são transformadas em um nº de diâmetros da canalização existente Lf = n D n = número de diâmetros (Tabelado) Lv = L + Lf PERDA DE CARGA LOCALIZADA 1) Calcular a perda de carga total em um trecho de uma canalização de alumínio, que conduz 20 L/s, numa extensão de 1200 m. O diâmetro da canalização é de 150 mm e ao longo do trecho tem-se as seguintes peças especiais: 2 Curvas de 90º 3 Cotovelos de 90º 2 Curvas de 45º 2 Curvas de 30º 2 Válvulas de retenção 2 Válvulas de gaveta 1 Medidor Venturi
  • 12. a) Expressão Geral Tipo de peça Nº de peças K nK (n) Curva de 90º 2 0,4 0,8 Cotovelo de 90º 3 0,9 2,7 Curva de 45º 2 0,2 0,4 Curva de 30º 2 0,2 0,4 Válvula de retenção 2 2,5 5,0 Válvula de gaveta 2 0,2 0,4 Medidor Venturi 1 2,5 2,5 ∑K = 12,2 b) Método dos Comprimentos Virtuais Tipo de peça Nº de peças Lf n Lf (n) Curva de 90º 2 2,5 5,0 Cotovelo de 90º 3 4,3 12,9 Curva de 45º 2 1,1 2,2 Curva de 30º 2 1,1 2,2 Válvula de retenção 2 13,0 26,0 Válvula de gaveta 2 1,1 2,2 Medidor Venturi 1 13,0 13,0 ∑Lf = 63,5 c) Método dos Diâmetros Equivalentes Tipo de peça Nº de peças Nd n Nd
  • 13. (n) Curva de 90º 2 30 60 Cotovelo de 90º 3 45 135 Curva de 45º 2 15 30 Curva de 30º 2 15 30 Válvula de retenção 2 100 200 Válvula de gaveta 2 8 16 Medidor Venturi 1 100 100 ∑Nd = 571