PERDA DE CARGA

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ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
CAMILLA CANTUÁRIA BRAGA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PERDA DE CARGA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MACAPÁ 
2009 
 
 
 
01 CONCEITO 
 
 
Quando um líquido escoa de um ponto para outro no interior de um tubo, 
ocorrerá sempre uma perda de energia, denominada perda de pressão (Sistemas de 
ventilação ou exaustão) ou perda de carga (Sistemas de bombeamento de líquidos). 
Esta perda de energia é devida principalmente ao atrito do fluído com uma camada 
estacionária aderida à parede interna do tubo. O emprego de tubulações no 
transporte de fluídos pode ser realizada de duas formas: tubos fechados e canais 
abertos. Em suma, perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do 
fluido quando este escoa. 
 
No cotidiano a perda de carga é muito utilizada, principalmente em 
instalações hidráulicas. Por exemplo, quanto maior as perdas de cargas em uma 
instalação de bombeamento, maior será o consumo de energia da bomba. Para 
estimar o consumo real de energia é necessário que o cálculo das perdas seja o 
mais preciso possível. 
 
“... no caso de escoamentos reais, a preocupação principal são os 
efeitos do atrito. Estes provocam a queda da pressão, causando uma 
"perda", quando comparado com o caso ideal, sem atrito. Para simplificar 
a análise, a "perda" será dividida em distribuídas (devidas ao atrito em 
porções de área constante do sistema) e localizadas (devidas ao atrito 
através de válvulas, tês, cotovelos e outras porções do sistema de área 
não-constante). (...) Como os dutos de seção circular são os mais 
comuns nas aplicações de engenharia, a análise básica será feita para 
geometria circular. Os resultados podem ser estendidos a outras formas 
pela introdução do diâmetro hidráulico, (...) A perda de carga total (Hp) é 
considerada como a soma das perdas distribuídas (hf) devidas aos 
efeitos de atrito no escoamento completamente desenvolvido em tubos 
de seção constante, com as perdas localizadas (hs) devidas a entradas, 
acessórios, mudanças de área etc. Conseqüentemente, consideramos 
as perdas distribuídas e localizadas em separado". (FOX, PRITCHARD E 
MCDONALD, 2006) 
 
 
 
 
 
 
02 TIPOS DE PERDAS 
 
 
Podemos classificar as perdas de duas formas: Perdas de carga distribuídas 
ou Primárias e Perdas de carga localizadas ou Secundárias. A perda de carga total é 
considerada como a soma das perdas. 
 
A perda de carga distribuída se deve aos efeitos do atrito no escoamento 
completamente desenvolvido em tubos de seção constante. Já a perda de carga 
localizada se deve ao fato dos vários acessórios que uma tubulação deve conter 
como: válvulas, registros, luvas, curvas, etc. 
 
 
2.1 Perda de cargas distribuídas 
 
"Poucos problemas mereceram tanta atenção ou foram tão investigados 
quanto o da determinação das perdas de carga nas canalizações. As 
dificuldades que se apresentam ao estudo analítico da questão são 
tantas que levaram os pesquisadores às investigações experimentais" 
(AZEVEDO NETO ET AL., 2003). 
 
Assim foi que meados do século 19 os engenheiros hidráulicos Remi P.G. 
Darcy (1803-1858) e Julius Weisbach (1806-1871), após inúmeras experiências 
estabeleceram uma das melhores equações empíricas para o cálculo da perda de 
carga distribuída ao longo das tubulações, porém foi só em 1946 que Rouse vem a 
chamá-la de "Darcy-Weisbach", porém este nome não se torna universal até perto 
de 1980. A equação de Darcy-Weisbach é também conhecida por fórmula Universal 
para cálculo da perda de carga distribuída. 
 
A parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão distribuída ao 
longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo 
gradativamente ao longo do comprimento. 
 
Segue nas figuras 01, 02, 03 e 04 alguns exemplos para a melhor 
compreensão acerca das perdas de cargas distribuídas. 
 
 
 D 
 
 
 V 
 1 2 
 
Figura 01 - Em uma corrente real, os valores da pressão são diferentes entre os pontos 1 e 2. Isto 
caracteriza uma perda de carga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 02 - Visualização de perdas de superfície no contato do fluído e a parede do tubo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 03 - Modelos matemáticos utilizados na determinação de perdas de superfície no contato do 
fluído e a parede do tubo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 04 - Material e condições dos tubos influenciam diretamente no aumento de perda de carga em 
tubulações. 
 
 
2.2 Perda de cargas localizadas 
 
 Como dito anteriormente, o escoamento num sistema de tubos pode 
necessitar passar por uma diversidade de acessórios, curvas ou mudanças súbitas 
de área. Perdas de carga adicionais são encontradas, sobretudo, como resultado da 
separação do escoamento. A energia é eventualmente dissipada pela mistura 
violenta nas zonas separadas. Essas perdas serão menores e denominadas perdas 
localizadas se o sistema consistir em longos trechos de seção constante. 
 
Este tipo de perda de carga ocorre sempre que o escoamento do fluido sofre 
algum tipo de perturbação, causada, por exemplo, por modificações na seção do 
conduto ou em sua direção. Tais perturbações causam o aparecimento ou o 
aumento de turbulências, responsáveis pela dissipação adicional de energia. As 
perdas de carga nesses locais são chamadas de perdas de carga localizadas, ou 
perdas de carga acidentais, ou perdas de carga locais, ou ainda, perdas de carga 
singulares. Alguns autores denominam as mudanças de direção ou de seção de 
singularidades. 
 
 Em suma, pode-se dizer que este tipo de perda é causado pelos acessórios 
de canalização isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação 
e para o controle do fluxo do escoamento, que provocam variação brusca da 
velocidade, em módulo ou direção, intensificando a perda de energia nos pontos 
 
onde estão localizadas. O escoamento sofre perturbações bruscas em pontos da 
instalação tais como em válvulas, curvas, reduções, expansões, emendas entre 
outros. 
 
 A seguir, nas figuras 05, 06, 07 e 08, maiores informações acerca da perda de 
cargas localizadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 05 - Representação da turbulência (responsável pela perda de carga localizada) em 
singularidades inseridas numa instalação de recalque. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 06 - Tubulações compostas por muitas conexões, apresentam uma perda de carga 
relativamente alta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 07 - Cada componente apresenta um valor específico de perda de carga 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 08 - Os componentes mais comuns são: Junções, joelhos, curvas, expansões e reduções. 
 
 
03 CÁLCULOS DAS PERDAS 
 
 
Em um sistema para identificar a perda de carga total somamos a Perda de 
carga distribuída mais Perda de Carga Localizada. Representada pela fórmula: 
 
Hp1-2 = Hpd + Hpl 
 
 
 3.1 Perda de carga distribuída 
 
 Para o cálculo desta perda pode-se utilizar inúmeras expressões que foram 
determinadas experimentalmente, porém aqui citarei a Fórmula Universal ou de 
Darcy-Weisbach: 
 
Hpd = λ . L . V2 
 D 2g 
 
Onde: 
L comprimento do tubo 
 
D diâmetro do tubo 
V velocidade média do escoamento do fluido 
g aceleração da gravidade 
λ fator de resistência ao escoamento ou fator de atrito, que pode ser obtido da 
nas fórmulas a seguir (regime laminar ou turbulento). 
 
É conveniente relembrar que um escoamento pode ser classificado duas 
formas, turbulento ou laminar. No escoamento laminar há um caminhamento 
disciplinado das partículas fluidas, seguindo trajetórias regulares, sendo que as 
trajetórias de duas partículas vizinhas não se cruzam. Já no escoamento turbulento 
a velocidade numdado ponto varia constantemente em grandeza e direção, com 
trajetórias irregulares, e podendo uma mesma partícula ora localizar-se próxima do 
eixo do tubo, ora próxima da parede do tubo. 
 
Em geral, o regime de escoamento na condução de fluídos no interior de 
tubulações é turbulento, exceto em situações especiais, tais como escoamento a 
baixíssimas vazões e velocidades. 
 
• REGIME LAMINAR: 
 
λ para escoamento em regime laminar: lembrar também que se Re<2000 o 
escoamento é laminar e o coeficiente de atrito independe da rugosidade, sendo: 
 
λ = 64 
 Re 
 
• REGIME TURBULENTO 
 
λ para escoamento em regime turbulento onde Re>2000 : existirá a 
necessidade de calcular a rugosidade específica e utilizar o Diagrama de Moody 
com ε/D e Re. 
 
A Figura 09 apresenta o Diagrama de Moody (há possibilidade de utilização 
de programas computacionais para obter-se este valor) e a Figura 10 apresenta 
valores de rugosidade ε, para diversos materiais. 
 
 
Como: 
 
λ = f (ρ . V . D, k ) 
 µ D 
 
ou seja, λ é função do número de Reynolds e da rugosidade relativa (k/D), estas 
informações devem ser levantadas. Onde: k= Rugosidade absoluta. 
 
Muitas vezes o escoamento não ocorrerá em uma tubulação que apresentam 
seção circular, desta forma devemos utilizar o diâmetro hidráulico para cálculo do 
número de Reynolds, da rugosidade relativa e das perdas primárias. 
 
Dh = 4 . A 
 P 
Onde: 
A= Área da seção transversal. 
P= Perímetro da seção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 09 - Diagrama de Moody para obtenção de f. λ para escoamento em regime turbulento onde 
Re>2000: existirá a necessidade de calcular a rugosidade específica e utilizar esta carta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10 - Valores da rugosidade absoluta ε em mm para diversos materiais. 
 
 
 
 
 
3.2 Perda de carga localizada 
 
Para o cálculo das perdas de carga localizadas podemos utilizar a seguinte 
fórmula, que depende das dimensões e do tipo de material. Componentes com 
valores de ζ Tabelados. 
 
Hpl = ζ . V2 
 2g 
 
Por exemplo: 
Reduções e aberturas – 0,05 a 1 
Válvula com 5º de abertura - ζ=0,05 
Te - ζ=1,5 a 2,0 
Curva - ζ=0,1 a 0,8 
 
Componentes com valores de ζ Tabelados. 
Reduções e expansões – 0,05 a 1 
Válvulas – ζ=0,05 a 0,5 
Tês – ζ=1,5 a 2,0 
Curva – ζ=0,1 a 0,8 
Luvas e junções – ζ=0,1 a 0,4 
 
Muitas vezes as perdas secundárias são calculadas por meio de tabelas 
fornecidas por fabricantes onde estes indicam as perdas de maneira equivalente 
dependendo do tipo de elemento, como demonstrado na figura 11. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 11 - Tabela