CÁLCULO DA FORÇA NO CONDUTO COM REDUÇÃO DE SEÇÃO

Na aula 30 da série "Mecânica dos Fluidos Descomplicada", abordamos o cálculo da força exercida pelo fluido quando ocorre uma redução na seção da tubulação. Esse tema é uma aplicação direta da equação da quantidade de movimento e tem grande importância no dimensionamento de suportes e estruturas em sistemas de escoamento.

Quando há uma diminuição na área da seção de uma tubulação, ocorre uma aceleração do fluido. Essa variação de velocidade implica em uma força adicional, que deve ser considerada no projeto. A análise é feita considerando o volume de controle entre duas seções: uma de entrada maior (seção 1) e outra de saída menor (seção 2).

As hipóteses consideradas são:

Escoamento permanente;

Propriedades uniformes;

Desprezo de perdas de carga;

Fluido incompressível.

As forças que atuam no sistema são:

Forças de pressão nas seções 1 e 2;

Força resultante de inércia devido à variação de velocidade;

Força peso (opcional, caso relevante).

Considerando essas condições e projetando as forças na direção do escoamento, temos:

Fx = -P1 * A1 + P2 * A2 + Qm * (V2 - V1)

Onde:

Fx é a força resultante na direção x;

P1 e P2 são as pressões nas seções 1 e 2;

A1 e A2 são as áreas das seções 1 e 2;

Qm é a vazão mássica;

V1 e V2 são as velocidades médias nas seções 1 e 2.

Como a área diminui, a velocidade aumenta (pela equação da continuidade), o que implica em uma maior força de reação que deve ser absorvida pelos suportes da tubulação. Essa análise é essencial para garantir a integridade estrutural do sistema.