Relatório7_LEQ1

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL 
 
CENTRO DE TECNOLOGIA – CTEC 
 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
LARISSA SILVA COSTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DA PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
MACEIÓ - AL 
2022
 
2 
 
 
LARISSA SILVA COSTA 
 
 
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DA PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÕES 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de Laboratório de 
Engenharia Química 1, do Curso de Engenharia 
Química da Universidade Federal de Alagoas, como 
requisito parcial para obtenção de nota. 
 
Prof. Dra Maritza Montoya Urbina 
 
 
 
 
 
 
MACEIÓ - AL 
2022
 
3 
 
RESUMO 
O presente relatório é referente a pratica de determinação da perda de carga em tubulações com 
a finalidade de proporcionar o aprendizado sobre a perda de carga numa tubulação contendo 
singularidades, utilizando medidas manométricas. Foi utilizado um módulo artesanal feito no 
Laboratório de Fenômenos de Transporte e Operações Unitárias com tubulações de PVC 
contendo singularidades, tais como reduções, joelhos, curvas longas e válvulas, além de 
instrumentos de medição como: manômetros, rotâmetros, bomba centrífuga e reservatório de 
água. Determinou-se por meio de experimentos práticos associados a teoria do estudo da perda 
de carga que quanto maior a vazão, com diâmetro constante, maior serão a velocidade de 
escoamento e a perda de carga, controlando assim a energia necessária para o transporte do 
fluido. 
Palavras-chave: Perda de carga, singularidades, tubulações, vazão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................................................... 5 
OBJETIVO ............................................................................................................................................................................. 7 
MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................................................................... 8 
RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................................................................... 10 
CONCLUSÃO ...................................................................................................................................................................... 17 
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................................................. 18 
 
 
 
 
 
5 
 
INTRODUÇÃO 
 
 O líquido ao se escoar através da tubulação sofre uma certa resistência ao seu movimento, em 
razão do efeito combinado da viscosidade e inércia. Essa resistência é vencida pelo líquido em 
movimento, mediante uma dissipação de parte de sua energia disponível, quando isso acontece em 
canalizações, é chamada “Perda de Carga”. 
 Segundo Streeter e Wylie,1984, citados por Melo (2000), o termo perda de carga é usado como 
sendo parte da energia potencial, de pressão e de velocidade que é transformada em outros tipos de 
energia, tal como o calor durante o processo de condução de água. A perda de energia ocorre devido ao 
atrito com as paredes do tubo e devido à viscosidade do líquido em escoamento. Quanto maior for a 
rugosidade da parede da tubulação, isto é, a altura das asperezas, maior será a turbulência do escoamento 
e logo, maior será a perda de carga. As canalizações não são constituídas exclusivamente por tubos 
retilíneos e de mesmos diâmetros. As perdas por resistência ao longo dos condutos são ocasionadas pelo 
movimento da água na própria tubulação. Azevedo Netto (1998) admite que essa perda seja uniforme 
em qualquer trecho de uma canalização de dimensões constantes, independentemente da posição da 
canalização, por isso são chamadas de perdas contínuas. 
 Existem dois tipos mais abordados de perda de carga em tubulações, a primeira é a perda de 
carga distribuída, que se dá quando 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. Já a segunda é a perda de carga localizada, esta perda de carga é causada 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. 
 Segundo Connor, 2019, uma variável muito importante para a determinação dessas perdas é o 
fator de atrito, que é uma quantidade adimensional usada na equação de Darcy-Weisbach , para a 
descrição de perdas por atrito em tubulação ou duto, bem como para fluxo em canal aberto. Isso também 
é chamado de fator de atrito de Darcy-Weisbach , coeficiente de resistência ou simplesmente fator de 
atrito .Determinou-se que o fator de atrito depende do número de Reynolds para o fluxo e do grau de 
rugosidade da superfície interna do tubo (especialmente para fluxo turbulento ). O fator de atrito do 
fluxo laminar é independente da rugosidade da superfície interna do tubo. 
 
A seção transversal do tubo também é importante, pois os desvios da seção circular causarão fluxos 
secundários que aumentam essas perdas. 
 A determinação da perda de carga em tubulações, como dizia Frizzone, 2008, é um fator 
importante para os projetos de engenharia de irrigação, pois afeta o custo total e o balanço hidráulico 
https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/fluid-dynamics/major-head-loss-friction-loss/darcy-weisbach-equation/
https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/fluid-dynamics/reynolds-number/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-fluxo-turbulento-definicao/
 
6 
 
do sistema. O diâmetro dos tubos da rede de distribuição de água depende da magnitude da perda de 
carga admissível no sistema pelo projetista. O custo operacional é afetado inversamente pelo diâmetro 
dos tubos. Aumentando-se o diâmetro, para uma dada vazão, a perda de carga por unidade de 
comprimento diminui, reduzindo a energia de bombeamento necessária. 
 Para a obtenção da perda de carga em uma linha contendo singularidades, faz-se necessário 
realizar os cálculos utilizando a Fórmula Universal da Perda de Carga (1), para a perda de carga contínua 
ao longo da tubulação, juntamente com a equação da perda de carga localizada (2), pois há perdas 
causadas por componentes adicionais no trecho reto (válvulas, joelhos e outros). 
∑𝐹𝐴 = 𝑓
𝑣^2𝐿
2𝑔𝐷
 (1) ∑𝐹𝐿 = 𝑘𝑠
𝑣^2
2𝑔
 (2) 
 Onde, f é o fator de atrito, v é a velocidade média de escoamento do fluido, L é o comprimento 
reto da tubulação, g é a aceleração da gravidade, D é o diâmetro do tubo e ks é o coeficiente de perda de 
carga singular. 
Logo, para o cálculo da perda de carga total juntou-se ambas as fórmulas para os cálculos feitos nesse 
experimento, resultando na Equação 3. 
∑𝐹 = 𝑓
𝑣^2∑𝐿
2𝑔𝐷
 (3) 
Onde, ∑L = L + ∑Leq, sendo L o comprimento da seção reta e ∑Leq o somatório de todos os acessórios 
presentes na tubulação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
OBJETIVO 
 O experimento tem como objetivo estudar a perda de carga em uma tubulação contendo 
singularidades, em um sistema móvel montado no Laboratório de Fenômenos de Transporte e 
Operações Unitárias, a partir de medidas manométricas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
MATERIAIS E MÉTODOS 
 Para a realização deste experimento foi utilizado um módulo experimental feito de PVC, com 
tubulações contendo singularidades como joelhos, reduções, curvas longas e válvulas, além de 
instrumentos de medição como manômetros, rotâmetro, bomba centrífuga e reservatóriode água. Na 
figura 1 é mostrado o módulo para a experimentação. 
Figura1: Módulo experimental para o cálculo da perda de carga. 
 
Fonte: Manual de Laboratório de Fenômenos de Transporte e Operações Unitárias, 2019. 
 Inicialmente, todas as válvulas do sistema foram abertas (V1, V2, V3 e V4). Após isso, a bomba 
foi ligada e a válvula V4 foi fechada parcialmente, para chegar na estabilidade do sistema. 
 Quando o sistema foi estabilizado, realizou-se as medições simultâneas nos manômetros M1 e 
M2, no manômetro de tubo em U e no rotâmetro RT1. Em seguida, a válvula V4 foi totalmente fechada 
e realizou-se novamente essas medições anteriores. 
 Ainda, durante o experimento a temperatura da água foi medida no reservatório e por fim, a 
bomba B1 foi desligada e todas as válvulas foram fechadas. Este procedimento foi realizado mais 4 
vezes. 
 Todo o projeto foi feito seguindo as indicações na tabela a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
Tabela 1: Dados do projeto. 
 
Fonte: Autor, 2022. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 A partir da experimentação realizada, foram coletados os dados de vazão e pressão em 
cada manômetro do módulo para a verificação nos cálculos da perda de carga. Seguem abaixo 
os dados obtidos: 
Dados obtidos experimentalmente 
Medida Vazão 
rtm 
(L/h) 
Pressão 
U 
(cmHg) 
M1(mca) M2(mca) ΔM 
(mca) 
1 545 19,5 3,5 0,3 3,2 
2 420 12,5 4,1 1,9 2,2 
3 350 9,0 4,5 2,7 1,8 
4 230 5,0 5,1 3,9 1,2 
5 160 3,5 5,5 4,4 1,1 
Fonte: Autor, 2022. 
 Para descobrir a perda de carga total do sistema, primeiramente foram realizados os cálculos 
para quantificar a velocidade do fluido em cada trecho da tubulação. Como sabemos que foram 
utilizados tubos circulares e Q = v*A, então V = 
4𝑄
𝜋𝐷^2
. Os cálculos foram feitos como mostrados a 
seguir: 
 
• Vazão 1 – 545 L/h = 1,514*10-4 m3s 
Tubo 1: V = 
4(1,514∗10−4)
𝜋(0,01272)
 = 1,195 m/s 
Tubo 2: V = 
4(1,514∗10−4)
𝜋(0,01912)
 = 0,528 m/s 
Tubo 3: V = 
4(1,514∗10−4)
𝜋(0,02542)
 = 0,299 m/s 
 
 
11 
 
 
• Vazão 2 – 420 L/h = 1,166*10-4 m3s 
 
Tubo 1: V = 
4(1,166∗10−4)
𝜋(0,01272)
 = 1,310 m/s 
Tubo 2: V = 
4(1,166∗10−4)
𝜋(0,01912)
 = 0,579 m/s 
Tubo 3: V = 
4(1,166∗10−4)
𝜋(0,02542)
 = 0,327 m/s 
 
• Vazão 3 – 350 L/h = 9,722*10-5 m3s 
 
Tubo 1: V = 
4(9,722∗10−5)
𝜋(0,01272)
 = 0,767 m/s 
Tubo 2: V = 
4(9,722∗10−5)
𝜋(0,01912)
 = 0,339 m/s 
Tubo 3: V = 
4(9,722∗10−5)
𝜋(0,02542)
 = 0,192 m/s 
 
• Vazão 4 – 230 L/h = 6,388*10-5 m3s 
 
Tubo 1: V = 
4(6,388∗10−5)
𝜋(0,01272)
 = 0,504 m/s 
Tubo 2: V = 
4(6,388∗10−5)
𝜋(0,01912)
 = 0,223 m/s 
Tubo 3: V = 
4(6,388∗10−5)
𝜋(0,02542)
 = 0,126 m/s 
 
• Vazão 5 – 160 L/h = 4,444*10-5 m3s 
 
 
12 
 
Tubo 1: V = 
4(4,444∗10−5)
𝜋(0,01272)
 = 0,351 m/s 
Tubo 2: V = 
4(4,444∗10−5)
𝜋(0,01912)
 = 0,155 m/s 
Tubo 3: V = 
4(4,444∗10−5)
𝜋(0,02542)
 = 0,087 m/s 
 
 Foi notado que quando o diâmetro do tubo diminuiu, a velocidade de escoamento do fluido no 
interior do tubo aumentou. Sabendo essas velocidades, foi calculado o número de Reynolds para cada 
trecho da tubulação, como mostrado a seguir: 
Re = 
𝜌𝑣𝐷
𝜇
 
• Medida 1 
Tubo 1: Re = 
997,05∗1,195∗0,0127
0,00089
 = 17001,94 
Tubo 2: Re = 
997,05∗0,528∗0,0191
0,00089
 = 11297,81 
Tubo 3: Re = 
997,05∗0,299∗0,0254
0,00089
 = 8508,08 
• Medida 2 
Tubo 1: Re = 
997,05∗1,310∗0,0127
0,00089
 = 18638,11 
Tubo 2: Re = 
997,05∗0,579∗0,0191
0,00089
 = 12389,07 
Tubo 3: Re = 
997,05∗0,327∗0,0254
0,00089
 = 9304,83 
• Medida 3 
Tubo 1: Re = 
997,05∗0,767∗0,0127
0,00089
 = 10912,54 
Tubo 2: Re = 
997,05∗0,339∗0,0191
0,00089
 = 7253,70 
Tubo 3: Re = 
997,05∗0,192∗0,0254
0,00089
 = 5463,38 
 
13 
 
 
• Medida 4 
Tubo 1: Re = 
997,05∗0,504∗0,0127
0,00089
 = 7170,69 
Tubo 2: Re = 
997,05∗0,223∗0,0191
0,00089
 = 4771,61 
Tubo 3: Re = 
997,05∗0,126∗0,0254
0,00089
 = 3585,35 
• Medida 5 
Tubo 1: Re = 
997,05∗0,351∗0,0127
0,00089
 = 4993,87 
Tubo 2: Re = 
997,05∗0,155∗0,0191
0,00089
 = 3316,59 
Tubo 3: Re = 
997,05∗0,087∗0,0254
0,00089
 = 2475,59 
 
 De acordo com os valores de Reynolds obtidos, pôde-se constatar que todos os escoamentos 
durante o processo foram turbulentos. Portanto, para calcular o fator de atrito foi necessária a seguinte 
fórmula: 
fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
𝜀
3,7𝐷
 + 
5,75
𝑅𝑒^0,9
)]^2
 
• Medida 1 
Tubo 1: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0127
 + 
5,75
17001,94^0,9
)]^2
 = 0,0272 
Tubo 2: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0191
 + 
5,75
11297,81^0,9
)]^2
 = 0,030 
Tubo 3: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0254
 + 
5,75
8508,08^0,9
)]^2
 = 0,325 
 
• Medida 2 
 
14 
 
Tubo 1: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0127
 + 
5,75
18638,11^0,9
)]^2
 = 0,027 
Tubo 2: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0191
 + 
5,75
12389,07^0,9
)]^2
 = 0,029 
Tubo 3: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0254
 + 
5,75
9304,83^0,9
)]^2
 = 0,032 
 
• Medida 3 
Tubo 1: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0127
 + 
5,75
10912,54^0,9
)]^2
 = 0,030 
Tubo 2: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0191
 + 
5,75
7253,70^0,9
)]^2
 = 0,034 
Tubo 3: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0254
 + 
5,75
5463,38^0,9
)]^2
 = 0,036 
 
• Medida 4 
Tubo 1: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0127
 + 
5,75
7170,69^0,9
)]^2
 = 0,034 
Tubo 2: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0191
 + 
5,75
4771,61^0,9
)]^2
 = 0,038 
Tubo 3: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0254
 + 
5,75
3585,35^0,9
)]^2
 = 0,040 
 
• Medida 5 
Tubo 1: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0127
 + 
5,75
4993,87^0,9
)]^2
 = 0,037 
Tubo 2: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0191
 + 
5,75
3316,59^0,9
)]^2
 = 0,042 
Tubo 3: fturbulento = 
1,325
[𝑙𝑛(
1,5∗10^−6
3,7∗0,0254
 + 
5,75
2475,59^0,9
)]^2
 = 0,045 
 
15 
 
 
 Foi notado que quanto maior o número de Reynolds, menor o fator de atrito. Isso se dá, pois, 
quanto maior o número de Reynolds, menor o tamanho da subcamada viscosa e menor a influência da 
subcamada viscosa sobre a desaceleração do escoamento através do atrito. Agora, foram calculados os 
comprimentos equivalentes de acordo com as singularidades das tubulações, segundo o Método do 
Comprimento Equivalente, de acordo com a tabela 19.1 do Manual da Hidráulica (Azevedo Netto, 
1998). 
Para a tubulação de 1’’: 
Leq = 1*0,5 + 6*1,5 + 1*7,3 = 16,8 
Para a tubulação de (3,4)’’: 
Leq = 2*0,4 + 4*1,2 + 2*0,04 + 4*5,6 + 2*0,1 + 3*0,1 + 2*0,2 + 2*0,2 = 29,38 
Para a tubulação de (1,2)’’: 
Leq = 3*0,3 + 2*0,2 + 10*1,1 + 3*0,04 + 1*3,6 = 16,02 
 
 Por fim, com todos esses valores calculados, conseguimos encontrar a perda de carga contínua 
e localizada, usando a equação (1) e (2), respectivamente, para depois encontrar a perda de carga total 
para cada medição, seguindo a equação (3). 
• Medição 1 
∑𝐹𝐴 = 0,127
1,1952∗3,10
2∗9,81∗0,0127
 = 2,26 m ∑𝐹𝐿 = 16,8
1,195^2
2∗9,81
 = 1,22 m 
∑𝐹𝐴 = 0,127
0,5282∗3,10
2∗9,81∗0,0191
 = 0,293 m ∑𝐹𝐿 = 29,38
0,528^2
2∗9,81
 = 1,44 m 
∑𝐹𝐴 = 0,127
0,2992∗3,10
2∗9,81∗0,0254
 = 0,071 m ∑𝐹𝐿 = 16,02
0,299^2
2∗9,81
 = 0,073 m 
∑𝐹 = 2,624 + 2,733 = 5,357 𝑚 
 De modo análogo foram realizados os cálculos para as outras medições: 
Medição 2: ∑𝐹 = 3,114 + 2,945 = 6,059 𝑚 
 
16 
 
Medição 3: ∑𝐹 = 1,966 + 2,214 = 4,180 𝑚 
Medição 4: ∑𝐹 = 1,605 + 1,888 = 3,493 𝑚 
Medição 5: ∑𝐹 = 0,566 + 1,323 = 1,889 𝑚 
Agora, foi projetado um gráfico para análise da perda de carga de acordo com cada vazão utilizada. 
Gráfico 1: Variação da perda de carga de acordo com a variação da vazão no sistema. 
 
 Pudemos notar uma diminuição da perda de carga de acordo com o decaimento da vazão, isso 
se dá pois tem menos material dentro do sistema e também podemosassociar que quanto maior a vazão, 
com diâmetro constante, maior serão a velocidade de escoamento e a perda de carga. Portanto, se 
variarmos o diâmetro da tubulação mantendo a vazão constante, reduziremos a perda de carga e a 
energia necessária para transportar o fluido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 3 4 5 6
1,514*10-4 
1,166*10-4 
9,722*10-5 
6,388*10-5
4,444*10-5 
V
a
z
ã
o
 (
m
³s
)
Perda de carga (m)
 
17 
 
CONCLUSÃO 
 
 Diante do que foi apresentado neste relatório chegou-se à conclusão que a pratica 
experimental foi realizada corretamente, apresentando valores satisfatórios para cada vazão. 
Assim como foi possível determinar a perda de carga para as tubulações, cada uma com suas 
singularidades, mostrando que o diâmetro da tubulação e a vazão do fluido interferem 
diretamente na perda de carga atribuída ao processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
REFERÊNCIAS 
AZEVEDO NETTO, J. M. de. Manual de Hidráulico. 8ºedição. Ed. Edgard Blücher Ltda, São Paulo-
SP, 1998. 669p. 
 
CONNOR, R. O que é o fator de atrito de Darcy - Definição. Thermal Engineering,2019. 
 
FRIZZONE, A. J.; CARDOSO, G. G. G.; REZENDE, R. Fator de atrito em tubos de polietileno de 
pequenos diâmetros diâmetros. Maringá, v. 30, n. 3, p. 299-305, 2008. 
 
MELO, L. J. V.; SILVA, E. L.; FARIA, M. A. de. Perda de carga em conectores utilizados em sistemas 
de irrigação localizada. Revista: Ciência e Agrotecnologia, Lavras, MG, v. 24, n. especial, p. 205-214, 
2000.