CÁLCULO DA PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA – FUNDAMENTOS E ANÁLISE (PARTE 3)

Nesta terceira parte do estudo sobre cálculo de perda de carga, o foco está em compreender os métodos para determinação da perda de carga distribuída, isto é, aquela que ocorre ao longo de um trecho do conduto, e não em pontos específicos.

A perda de carga pode ser classificada em dois tipos:

Distribuída (HF): ocorre ao longo do comprimento da tubulação.

Localizada: ocorre em trechos pontuais como curvas, válvulas, entradas e saídas de tubos.

A perda distribuída é consequência do atrito contínuo entre o fluido e as paredes internas do conduto. Já a localizada está associada a mudanças de direção, de seção ou perturbações no escoamento.

Para entender e calcular a perda de carga distribuída, diversas hipóteses simplificadoras são adotadas:

Regime de escoamento permanente.

Fluido incompressível.

Conduto longo, com seção constante.

Regime dinamicamente estabelecido (perfil de velocidade já definido).

Conduto cilíndrico (tubo).

Sem presença de máquinas no trecho analisado.

Rugosidade uniforme.

Com isso, é possível aplicar a equação da energia entre dois pontos para determinar a perda de carga:

HF₁₂ = H₁ – H₂

Onde H é a altura de energia em cada ponto, composta por:

Energia de pressão: P / γ

Energia cinética: v² / (2g)

Energia potencial: z

Essa abordagem é útil apenas quando o sistema já está instalado, pois exige medições de pressão e vazão reais. Para projetos, são necessárias outras abordagens.

Outra forma de se chegar à perda de carga é através da equação da quantidade de movimento, que permite relacionar forças de atrito com a perda de energia. Considerando a força de cisalhamento (τ), temos:

HF₁₂ = (τ · Δx) / (γ · Rₕ)

Onde:

τ é a tensão de cisalhamento (difícil de determinar diretamente),

Δx é o comprimento do trecho analisado,

γ é o peso específico do fluido,

Rₕ é o raio hidráulico.

O raio hidráulico (Rₕ), por sua vez, é dado por:

Rₕ = A / Pₘ

Sendo A a área da seção transversal e Pₘ o perímetro molhado.

Como a tensão de cisalhamento τ não é facilmente determinada, essa equação, embora teoricamente válida, não é prática para aplicação direta em projetos. O mesmo vale para expressões baseadas unicamente na equação da energia — são limitadas a análises de sistemas já em funcionamento.

Dessa forma, compreendemos que a perda de carga distribuída:

É proporcional ao comprimento do trecho analisado.

É inversamente proporcional ao raio hidráulico: quanto maior o diâmetro do conduto, menor a perda.

Aumenta com a rugosidade da parede do conduto.

Não é trivialmente calculável apenas por expressões teóricas – é necessário recorrer a dados experimentais e métodos consagrados como o diagrama de Moody-Rouse, que veremos nas próximas aulas.

O entendimento desses fundamentos é essencial para aplicar corretamente as equações nas situações reais de engenharia, especialmente na projeção de sistemas hidráulicos, onde estimativas precisas de perda de carga são cruciais para o dimensionamento de bombas, tubulações e acessórios.