Aula 04 Estudos Hidricos EngCivil

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Disciplina: Estudos Hídricos
Notas de Aula 04: Perdas de Carga Localizadas e 
Condutos em Sifão – Condutos Forçados.
Professor: MSc. Eng.o Alexandre Marcos F. da C. e Silva
Natal – Rio Grande do Norte.
Perdas de Cargas Localizadas:“São as perdas, que severificam devido aos obstáculos (conexões e peças especiais) quenormalmente existem ao longo das canalizações”.As conexões e peças especiais são empregadas com diversosobjetivos, tais como: mudança de sentido da tubulação, derivaçãode ramais de abastecimento, registro de manobra, etc; assim,verifica-se perdas de energia devido a choques bruscos queocorrem em determinados locais, sendo também definida como:Perda de Carga Acidental, Singular ou Secundária.Assim por serem em pontos específicos, diferenciam-se dasperdas contínuas, porque estas ocorrem em conseqüência doescoamento ao longo da canalização (trechos retilíneos).
1. Introdução – Perda de Carga Localizada.
Portanto, a perda de energia total em uma canalização seráobtida somando-se as perdas de energia localizadas com asperdas contínuas.
sistema. no utilizadas conexões e
peças as todasde função em sLocalizada Carga de Perda :
o.canalizaçã da total
ocompriment do função em Contínua Carga de Perda :
Sistema, do Total Carga de Perda :
:Onde
:que Temos
hs
hf
ΔH
hshfH 
Exemplos de Peças e Conexões. 
ACESSÓRIOS LINHA SOLDÁVEL
ACESSÓRIOS LINHA ROSCÁVEL
REGISTROS
ACESSÓRIOS PARA IRRIGAÇÃO
2. Perda Localizada e Linhas de Energia.
Perda de Carga devido ao alargamento brusco de seção.Pelo Teorema das Quantidadesde Movimento e pelo Teorema deBernoulli define-se a perda de cargalocalizada devido ao alargamentobrusco da seção de uma tubulação.
mal.infinitesi e velocidadde intervalo :
líquido, corpo do massa :
mal,infinitesi tempode intervalo :
atuante, Força:
:Onde
..
:Movimento de sQuantidade das Teorema
2
1
2
1
dv
m
dt
F
dvmdtF
v
v
t
t  
No regime permanente,como as diferentesgrandezas são constantesnum mesmo lugar, pode-se considerar o fenômenodurante o período de 1segundo no qual a massalíquida que escoa é:
12
2
2
2
2
1
1 22
:se- temBernoulli, de Teorema pelo e
e.,.:Devido.
21 hs
g
VPZ
g
VPZ
Vol
mgamF
g
Q m 





12
2
2
2
1
2211221
22
:horizontal tubulaçãoa se-doconsideran Ainda,
...)(
:queseTem
21 hs
g
VP
g
VP
vAvAQeAPPF




Devido a parte do líquido ficar emturbilhonamento, ou seja, que nãoparticipa do movimento, e somente seexpande depois de um certo trecho;na entrada, portanto, a velocidade e apressão continuam sendo v1 e P1, demodo que a força que age na seção 1 éP1.A2 e, a força atuante na seção 2 éP2.A2, para velocidade v2 e pressão P2.
Bélanger-Borda
 de Fórmula 
2
)( 221
12 g
vvhs 
3. Expressão Geral das Perdas Localizadas.
hs: é a perda de energia localizada (mca);K: é o coeficiente de perda de energia localizada, que é função da geometria da singularidade e do número de Reynolds;V: é a velocidade média do escoamento (m/s);g: é a aceleração da gravidade (m/s2).
Chegada. de Velocidade :v
 :onde
Perdas de Carga Localizadas: Coeficiente “K”.
Valores aproximados de k (perdas localizadas)
Peça k Peça k
Ampliação gradual 0,3 Junção 0,4
Bocais 2,75 Redução gradual 0,15
Comporta aberta 1,0 Saída de canalização 1,0
Cotovelo de 90° 0,9 Tê, passagem direta 0,6
Cotovelo de 45° 0,4 Tê, saída de lado 1,3
Curva de 90° 0,4 Tê, saída bilateral 1,8
Curva de 45° 0,2 Registro de gaveta aberto 0,2
Entrada de canalização 0,5 Registro de globo aberto 10,0
Válvula de pé 1,75 Válvula de retenção 2,5
Exercício 01.
Uma tubulação nova de PVC (C=140) de 25mm dediâmetro e 100m de comprimento retilíneo, conduz água comvelocidade v = 2,1m/s e o coeficiente de viscosidade cinéticada água é 10-6m2/s. Ainda, há três peças ao longo datubulação: 01 curva de 90°, 01 registro de gaveta e 01 Têpassagem direta. Determinar o Nº de Reynolds e a perda decarga total do sistema.

DvRonde e
.: 
g
vKhs
hshfH
2
. 2


4. Método dos Comprimentos Virtuais ou Equivalentes.“Uma canalização que possui diversas peças e singularidades,sob o ponto de vista de perda de energia (carga), equivale a umaoutra canalização retilínea, sem peças, mas de comprimentomaior”.Assim, este método consiste em se adicionar à extensão dacanalização, para simples efeito de cálculo, comprimentos taisque correspondam à mesma perda de carga que causariam aspeças especiais existentes na canalização.
f
DKL
gD
vLf
g
vK
Temos
hfhsseFazendo
gD
vLfhfe
g
vKhsseTem
.
2.
..
2
.
:
:
2.
..
2
.:
22
22



Portanto, os comprimentosequivalentes normalmente sãotabelados em função da peça, domaterial e do diâmetro.
Tabela – Perda de Carga Localizada (comprimento 
equivalente).
Instalações Hidráulicas, Hélio Creder.
Manual de Hidráulica, Azevedo Netto.
Tabela – Perda de Carga Localizada (comprimento 
equivalente).
Tabela – Perda de Carga Localizada (comprimento 
equivalente).
5. Velocidades empregadas nas canalizações.
a) IntroduçãoNão é possível aumentar a velocidade de escoamento nascanalizações, além de certos limites, pois velocidades elevadasimplicam em consequências desagradáveis à operação dosistema.b) Consequências negativas devido a grandes velocidades nastubulações:- Grandes perdas de carga,- Redução de pressão disponível na tubulação,- Perda de potência nas hidrelétricas e sistemas de recalque,- Perigo de corrosão das tubulações,- Sensibilidade a golpes de ariete.
c) Componentes de um sistema público de abastecimento deágua:1 – Manancial,2 – Captação e adução de água bruta,3 – Tratamento,4 – Elevação/Recalque (quando necessário),5 – Adução de água tratada,6 – Reservação,7 – Distribuição (consumo).d) Velocidades comuns nas canalizações dos sistemas deabastecimento de água:1. Nos Anéis Principais: v = 1 a 2m/s.2. Na Rede de Distribuição: v = 0,6 a 0,9m/s.OBS.: Velocidade Máxima na Rede de Distribuição, recomendadasegundo a fórmula de Owin: v = 0,6 + 1,5.D. v em “m/s” e D em “m”.
3. Em canalizações de recalque : v = 0,6 a 2,40m/s.4. Em instalações prediais de edificações segundo a ABNT:vmáx = 2,50m/s.5. Nas instalações industriais:v = 1 a 2m/s.6. Nas canalizações para:- Gasolina: v = 1 a 2m/s,- Óleo Diesel: v = 0,5 a 2m/s,- Ar comprimido: v = 15 a 20m/s,- Instalações domiciliares de gás: v = 1m/s,
6. Consideração prática sobre as linhas energética (de
carga) e piezométrica.Como na prática, a velocidade da água nos encanamentos élimitada, costuma-se por isso, para efeito de estudo da posiçãorelativa dos encanamentos, admitir a coincidência das linhasde carga (v2/2g) e piezométrica (p/γ).
7. Posição dos encanamentos em relação a Linha de
Carga (Piezométrica).
8. Condutos em Sifão.
a) DefiniçãoSifões são os condutos em que parte da canalização seencontra acima do nível do reservatório que o alimenta de modoque o líquido é elevado acima daquele nível e depoisdescarregado em ponto mais baixo que o mesmo.b) Tipos de Sifão:
c) Condições para funcionamento do sifão:1. Para que se verifique o escoamento através do sifão, faz-senecessário que o mesmo seja previamente escorvado.2. Para que o sifão funcione normalmente, é necessário que apressão no ponto mais alto da tubulação seja, no mínimo, igual atensão de vapor do líquido à temperatura ambiente.OBS.: quando essa condição não é satisfeita, o sifão poderáfuncionar precariamente (vazão reduzida), pois o fenômeno dacavitação é iminente no vértice (ponto mais alto) da canalização.Nota. Cavitação é umfenômeno originadoem quedas repentinasde pressão, geralmenteobservado em sistemashidráulicos.
d) Velocidade de escoamento no Sifão:
A expressão (I) nos mostra que no ramodescendente, odesnível (H2), teoricamente tem que ser menor que 10,33m, poiscaso contrário p/γ= 0.Limites Práticos: Costuma-se adotar 6,00m como o desnívelmáximo no ramo ascendente e 8,00m como o desnível máximo noramo descendente.
e) Considerações sobre os desníveis dos ramos ascendente(H1) e descendente (H2) do sifão:
→ Expressão (I)
f) Explicação do Fenômeno do Sifão:
  
  
  hPaPhaPP
AaPAhaPAPFFF
AhaPF
AaPF
onde
RatmatmR
atmatmRR
atm
atm




).(..
.
).(
:
12
2
1
Exercício 02.O sifão da figura abaixo, cujo diâmetro é 150mm,descarrega um água na extremidade “B”, cuja a densidade é1,0. Pede-se para determinar a vazão e a pressão absoluta novértice.