Perda de Carga

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Aluna: Maíra Amorim Marques 
Matrícula: 201823019-0 
Professor: Felicíssimo Sady 
Disciplina: Instalações Hidrossanitárias 
 
Perda de Carga 
Perda de carga, em Hidráulica, refere-se à perda de energia que um fluido, em uma 
tubulação sob pressão, sofre em razão de vários fatores como o atrito deste com uma 
camada estacionária aderida à parede interna do tubo ou em razão da turbulência devido 
às mudanças de direção do traçado. 
A figura abaixo exemplifica a perda de carga em uma tubulação, representada por ΔH. 
 
DESENHO ESQUEMÁTICO DA PERDA DE CARGA EM UMA TUBULAÇÃO. 
Existem dois tipos de perdas de carga: as distribuídas e as localizadas. 
Perda de carga distribuída 
Esse tipo de perda de carga ocorre em trechos de tubulação retilíneos e de diâmetro 
constante. Ela se dá porque a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão 
distribuída ao longo de seu comprimento que faz com que a pressão total vá diminuindo 
gradativamente, daí o nome perda de carga distribuída. A seguir, aprenderemos como 
calcular essa perda de carga em uma tubulação. 
Cálculo da perda de carga distribuída 
Abaixo, algumas fórmulas usadas para o cálculo da perda de carga distribuída em uma 
tubulação para vários tipos de escoamento. Expressão usando a fórmula universal 
 
 
Onde: 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/perda-carga.png
• Δh é a perda de carga distribuída (m); 
• f é o fator de atrito (adimensional); 
• L é o comprimento da tubulação (m); 
• D é o diâmetro da tubulação (m); 
• v é a velocidade média do escoamento (m/s); 
• g é a aceleração da gravidade (m²/s). 
Expressão para o fator de atrito 
No caso do escoamento laminar (Re < 2000), o fator de atrito é calculado por: 
Onde: 
• Re é o número de Reynolds (adimensional). 
Já se o escoamento for turbulento (Re > 4000), o fator de atrito é calculador por interação 
da seguinte forma: 
 
Onde: 
• f é o fator de atrito (adimensional); 
• ε/D é a rugosidade relativa (adimensional); 
• Re é o número de Reynolds (adimensional). 
Para facilitar, o gráfico abaixo permite determinar o fator de atrito em função do número de 
Reynolds e da rugosidade relativa para tubulações comerciais que transportam qualquer 
líquido. 
 
DIAGRAMA DE MOODY. 
https://www.guiadaengenharia.com/numero-reynolds-entenda/
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/diagrama-moody.png
Expressão usando a fórmula de Chézy 
 
Onde: 
• v é a velocidade média do escoamento (m/s); 
• C é o coeficiente de Chézy (adimensional); 
• RH é o reio hidráulico (m); 
• J é a perda de carga unitária e é igual a J=Δh/L (m/m). 
Fórmula de Chézy com coeficiente de Manning 
 
Onde: 
• n é o número de Manning (adimensional), tabela 1; 
• Q é a vazão do fluido (m³/s); 
• J é a perda de carga unitária e é igual a J=Δh/L (m/m); 
• L é o comprimento da tubulação (m); 
• A é a área molhada (m²); 
• RH é o reio hidráulico (m). 
Reescrevendo a fórmula acima, temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 1 – Número de Manning. 
 
Expressão usando a fórmula de Hazen-Williams 
 
 
Onde: 
• Δh é a perda de carga distribuída (m); 
• Q é a vazão do fluido (m³/s); 
• C é o coeficiente de rugosidade (m0,367/s), tabela 2; 
• D é o diâmetro da tubulação (m); 
• L é o comprimento da tubulação (m). 
• 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-1.png
Tabela 2 – Valores para o coeficiente de rugosidade C. 
 
Perda de carga localizada 
A perda de carga localizada ocorre em trechos da tubulação onde há presença de 
acessórios, sejam eles: válvulas, curvas, derivações, registros ou conexões, bombas, 
turbinas e outros. 
A presença desses acessórios contribui para a alteração de módulo ou direção da 
velocidade média do escoamento e, consequentemente, de pressão no local, ou seja, age 
alterando a uniformidade do escoamento. 
Dessa forma, há contribuição para o aumento da turbulência no fluido e essa turbulência 
provoca a perda de carga. Neste caso, a perda de carga é provocada pelos acessórios na 
tubulação e recebe o nome de perda de carga localizada. 
Um fato curioso sobre a perda de carga localizada é que sua influência sobre a linha de 
energia ocorre tanto a montante como a jusante da localização do acessório presente na 
tubulação. A seguir, veremos como calcular essa perda de carga em diversas situações. 
Cálculo da perda de carga localizada utilizando a expressão geral 
Abaixo, as fórmulas usadas para o cálculo da perda de carga localizada em uma tubulação 
(para vários acessórios), utilizando a expressão geral da perda de carga localizada, que é 
a seguinte: 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-2.png
 
Onde: 
• K é um coeficiente (adimensional) e será estudado em várias situações, a seguir; 
• V é uma velocidade de referência (m/s); 
• g é a aceleração da gravidade (m²/s). 
Expressão da perda de carga localizada para alargamentos e estreitamentos 
Alargamento brusco 
A mudança de diâmetro de uma tubulação pode ser gradual ou de maneira abrupta. 
Quando essa mudança ocorre na forma de um alargamento brusco, a perda localizada se 
dá pela desaceleração do fluido no trecho. Um exemplo disso é a passagem em aresta 
viva de uma canalização para um reservatório de grandes proporções. 
A equação abaixo é usada para a perda de carga localizada para alargamentos bruscos. 
 
Onde: 
• 
• V1 é a velocidade na seção de menor diâmetro (m/s); 
• A1 é a área na seção de menor diâmetro (m²); 
• A2 é a área na seção de maior diâmetro (m²). 
Estreitamento brusco 
Já na contração brusca, o fluido se afasta da fronteira sólida na forma de uma contração 
do jato e, então se expande para preencher totalmente a seção de menor diâmetro a 
jusante. 
A equação abaixo é usada para a perda de carga localizada para alargamentos bruscos. 
 
Onde: 
• ; 
• V1 é a velocidade na seção de maior diâmetro (m/s); 
• Cc = A0/A2, sendo A0 é área na seção contraída e A2 a área na seção a montante. 
A tabela abaixo expressa o valor do fator K em função da relação entre a área de 
montante e a área de jusante A2/A1: 
Tabela 3 – Valor de K para reduções bruscas. 
 
Alargamento ou estreitamento gradual 
O coeficiente K, neste caso, depende do ângulo de abertura ou fechamento e da relação 
de áreas ou diâmetros das seções extremas. Na tabela abaixo, r é o raio de curvatura da 
redução e D, o seu diâmetro. 
Tabela 4 – Valor de K para contração gradual. 
 
Expressão da perda de carga localizada para cotovelos e curvas 
Cotovelos e curvas são acessórios que produzem perda de carga localizada devido à 
mudança de direção no escoamento. Isso ocorre porque os filetes, que tendem a 
conservar seu movimento retilíneo, são impedidos pela fronteira sólida da conexão, sendo 
obrigados a mudar de direção. 
 
EXEMPLO DE CURVAS E COTOVELOS. 
Dessa forma, essa mudança de direção provoca uma modificação substancial na 
velocidade e na distribuição da pressão. A parte interna da curva então sofre aumento de 
pressão e a parte externa, diminuição. 
Para a curva circular de raio r e ângulo α, o coeficiente K é dado por: 
 
Onde: 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-3.png
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-4.png
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/acessorios.jpg
• r é o raio de curvatura médio (m); 
• D é o diâmetro (m); 
• α é o ângulo de curvatura (graus). 
Já para o cotovelo de ângulo α, K é: 
 
Onde: 
• α é o ângulo de desvio (graus). 
Valores diversos de K para registro de gaveta 
Para o caso de registro de gaveta, cujo processo de fechamento se dá através de uma 
lâmina vertical, a tabela abaixo apresenta os valores de K em função do grau de 
fechamento da válvula (a) e seu diâmetro (D), onde a velocidade considerada é a 
velocidade média do escoamento na seção plena da tubulação. 
 
EXEMPLO DE UM REGISTRO DE GAVETA. 
 
DESENHO ESQUEMÁTICO DO REGISTRO DE GAVETA. 
Tabela 5 – Valores deK para registro de gaveta parcialmente fechado. 
 
 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/registro-gaveta.jpg
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/registo-gaveta-desenho-esquematico.jpg
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-5.png
Valores diversos de K para válvula de borboleta 
As válvulas de borboleta são acessórios que fazem o controle da vazão por meio de 
fixação de um ângulo de abertura. 
 
EXEMPLO DE UMA VÁLVULA DE BORBOLETA. 
 
A tabela abaixo apresenta os valores de K em função do ângulo (α) de abertura da válvula. 
 
DESENHO ESQUEMÁTICO DA VÁLVULA DE BORBOLETA. 
 
Tabela 6 – Valores de K para válvula de borboleta em função do ângulo de abertura. 
 
Valores diversos de K 
A tabela abaixo mostra alguns valores do coeficiente K em outras situações não 
contempladas acima. 
 
 
 
 
 
 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/valvula_borboleta.jpg
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/valvula-borboleta-desenho-esquematico.jpg
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-6.png
Tabela 7 – Valores do coeficiente K para diversos acessórios. 
 
 
Cálculo da perda de carga localizada pelo comprimento equivalente 
Esse segundo método tem o objetivo de facilitar o cálculo da perda de carga localizada 
simplesmente substituindo os acessórios da instalação (que provocam a perda localizada) 
por um comprimento de tudo retílineo, de mesmo diâmetro. 
Ou seja, esse método transforma virtualmente um valor de perda de carga localizada em 
distribuída através do uso do comprimento equivalente, sem alterar o valor final da perda 
de carga total. 
Desse modo, o comprimento equivalente pode ser obtido através das tabelas abaixo, 
retiradas da ABNT NBR 5626:1998, e por fim, podem ser substituídos em qualquer umas 
das equações de perda de carga distribuída. 
 
 
 
 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/tabela-7.png
Tabela 8 – Comprimento equivalente para tubo rugoso (tubo de aço-carbono, 
galvanizado ou não) 
 
Tabela 9 – Comprimento equivalente para tubo liso (tubo de plástico, cobre 
ou liga de cobre) 
 
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/perda-carga-tubo-rugoso-1.jpg
https://www.guiadaengenharia.com/wp-content/uploads/2019/01/perda-carga-tubo-liso-1.jpg
 
Diferenças entre perda de carga distribuída e localizada 
A principal diferença entre a perda de carga distribuída e a perda de carga localizada é 
que a primeira ocorre em trechos retilíneos de uma tubulação, enquanto a segunda, em 
elementos individuais, ou seja, nos acessórios presentes nela. 
Outra diferença importante é que a perda de carda distribuída geralmente é mais sutil que 
a localizada. Por exemplo, em edificações a perda distribuída tende a ser bem menor que 
a localizada em virtude do comprimento das tubulações, já nas tubulações de 
abastecimento de água ou coleta de esgoto tende a ser maior pelo mesmo motivo. 
Desse modo, tanto a perda de carga distribuída como a localizada são somadas e, juntas, 
contribuem para diminuir a energia de um fluido sob pressão em duto fechado